Illustr.: Adobe Stock / Matthieu
(08.05.2020) Corona-Antikörper: Wie kann man sie nachweisen? Wie kommen wir möglichst schnell zu zuverlässigen Antikörpertests? Und könnten die Antikörper von Genesenen beim Heilen Infizierter helfen?
Wir brauchen mehr Tests! Täglich lesen und hören wir im Zusammenhang mit der aktuellen Corona-Pandemie diese Forderung. So erhofft man sich beispielsweise, über den Nachweis von SARS-CoV-2-spezifischem Immunglobulin G (IgG) jene Dunkelziffer in der Bevölkerung besser abschätzen zu können, die bereits mit dem Virus infiziert war. Wer mit solch einem Test gar als immun überführt ist, muss sich wohl vorerst nicht vor einer Neuinfektion fürchten – und kann somit auch keine anderen Menschen anstecken. Außerdem könnte man durch flächendeckende Screenings besser entscheiden, welche Beschränkungen des öffentlichen Lebens sich in welchen Regionen wieder lockern lassen.
Die voreilige Einführung neuer Tests hat aber auch ihre Tücken, gerade wenn man noch nicht viel über einen neuen Erreger weiß. So warnt etwa Hartmut Hengel, Leiter des Instituts für Virologie der Uniklinik Freiburg, vor den vielen Antikörpertests, die jetzt „wie Pilze aus dem Boden schießen“ und wohl in den meisten Fällen nicht validiert seien. „Ich will nicht von konkreten Produkten oder Herstellern sprechen, denn das kann ich gar nicht beurteilen“, betont er. „Ich stelle nur fest, dass es in Deutschland eine völlig unzureichende Validierungspflicht für solche Assays gibt.“
Hengel sieht hier eine regulatorische Lücke, die es Herstellern ermögliche, auch unausgereifte Produkte auf den Markt zu bringen. „Ursprünglich hat das Paul-Ehrlich-Institut in Deutschland solche Tests zugelassen“, blickt Hengel zurück. „Das wurde aber abgeschafft, so dass jetzt nur noch die eigentlich völlig unzureichende CE-Zertifizierung notwendig ist“.
Insbesondere relativ günstige und für jedermann verfügbare „Schnelltests“ könnten eine Zuverlässigkeit suggerieren, die überhaupt nicht gegeben ist. So mag ein Teststreifen oder auch ein aufwendiges Laborverfahren wie der ELISA durchaus sicher nachweisen, dass im Serum ein Antikörper vorhanden ist, der an ein SARS-CoV-2-Antigen bindet. Idealerweise wird man mit solch einem Test auch zeigen, dass es sich um IgGs handelt, wie sie für die adaptive Immunantwort und das Immungedächtnis typisch sind. Doch heißt das, dass die getestete Person wirklich schon COVID-19 durchgemacht hat? Und dass sie immun ist gegen eine erneute Infektion mit dem Virus?
Bei den Schlussfolgerungen sei nämlich Vorsicht geboten, weiß Hengel. „Das beginnt damit, dass natürlich auch andere, harmlosere Coronaviren in der menschlichen Population zirkulieren.“ Vier endemische humane Coronaviren sind bekannt, die für rund fünf bis fünfzehn Prozent der Erkältungskrankheiten verantwortlich sind. Auch hier sind seltene schwerere Verläufe denkbar, doch in der Bevölkerung gibt es eine Grundimmunität, die eine schlagartige Ausbreitung wie bei einer Pandemie verhindert. „Allerdings kann es natürlich Kreuzreaktivitäten zwischen diesen Coronaviren und SARS-CoV-2 geben“, so Hengel. Je nach dem, welches virale Protein der Test als Antigen verwendet oder welcher Abschnitt eines Virusproteins den Antikörpern präsentiert wird, könnten auch IgGs eingefangen werden, die gegen eines der endemischen Coronaviren gebildet wurden.
„Solche falsch-positiven Ergebnisse können fatal sein, daher finde ich die klinische Anwendung und die Werbung für solche Tests ethisch und ärztlich nicht vertretbar“, ärgert sich Hengel. „Stellen Sie sich vor, eine getestete Person arbeitet in einer Klinik oder einem Altenheim und geht nach einem falsch-positiven Testergebnis davon aus, gegen SARS-CoV-2 immun zu sein!“ Demnach gehören zu einer Validierung idealerweise auch Kontrollen mit Seren, die positiv auf Antigene anderer Coronaviren reagieren. Beim SARS-CoV-2-Test müssen diese Kontrollseren zu einem Negativresultat führen, falls der Test wirklich spezifisch ist.
Doch selbst das Aufspüren von spezifischen IgGs gegen SARS-CoV-2 ist genau genommen noch kein Nachweis für eine Immunität. „Der solide Labormediziner wird Ihnen dann lediglich bestätigen, dass er reaktive Antikörper gemessen hat“, so Hengel zur korrekten Interpretation des Testergebnisses. Zeigen müsse man nämlich erst noch, dass diese IgGs auch als neutralisierende Antikörper wirken und Neuinfektionen verhindern. „Die einzige wirklich verlässliche Kontrolle hierzu ist der Plaque-Neutralisationstest.“
Bei einem Plaque-Neutralisationstest lässt man menschliche Zellen auf einem Medium wachsen und infiziert sie mit dem Virus. Dort, wo die Infektion erfolgreich ist, repliziert das Virus, steckt benachbarte Zellen an und erzeugt auf diese Weise Plaques. Neutralisierende Antikörper sollten aber Virusinfektionen verhindern und damit die Anzahl der Plaques verringern. Man müsste also sicherstellen, dass Antikörper, die ein Nachweistest „einfängt“, auch in diesem Neutralisationstest eine Wirkung erzielen – erst dann weiß man um die Immunität des getesteten Probanden.
„Das wäre der Goldstandard, allerdings brauchen Sie dafür ein Hochsicherheitslabor der Stufe 3“, ergänzt Hengel – und spricht von einem großen Aufwand, weil man auch ausreichend viele Seren testen müsse. Zum Beispiel auch „Problem-Seren“ – etwa von Schwangeren oder von Menschen mit Autoimmunerkrankungen –, die laut Hengel häufig falsch-positive Reaktionen zeigen. „Ich frage mich, wie all die Testhersteller das in der kurzen Zeit gemacht haben wollen!“
Tatsächlich lesen sich einige Produktbeschreibungen so, als seien sorgfältige Validierungen nicht durchgeführt worden. So bewirbt zum Beispiel ein Anbieter seinen Test mit dem Hinweis, dass keine Kreuzreaktivität bestehe mit Antikörpern gegen Influenza A und B, Humanes Respiratorisches Synzytial-Virus (RSV), Adenovirus, Syphilis, Helicobacter pylori, ein Hepatitis-B-Oberflächenantigen, HIV oder Hepatitis-C-Viren – was zunächst eine hohe Spezifität suggeriert. Doch von den anderen Coronaviren fällt im Werbetext kein Wort. Genau die sind aber besonders kritisch als Verursacher falsch-positiver Ergebnisse.
Eigentlich müssten an solche Antikörpertests dieselben Anforderungen gestellt werden wie an alle Medizinprodukte, wie zum Beispiel an ein Medikament oder einen Impfstoff, findet Hengel. „Natürlich werden sich die fehlerhaften Tests mit der Zeit disqualifizieren, aber die Reihenfolge ist verkehrt: Man sollte erst validieren und die Tests erst anschließend zulassen.“
Auch Daniela Gründken kennt diese Kritik an Antikörpertests. Sie ist Produktmanagerin für In-vitro-Diagnostik beim Medizin-technischen Großhandel Servoprax in Wesel und dort auch für den Vertrieb eines Schnelltests auf Antikörper gegen das neue Coronavirus zuständig. Innerhalb von zehn Minuten soll der entsprechende Teststreifen, der nach dem Lateral-Flow-Prinzip funktioniert, anzeigen, ob man Immunglobulin M (IgM) oder IgG gegen SARS-CoV-2 im Blut hat. Hierzu gibt man einen Bluttropfen und anschließend etwas Pufferlösung auf eine Testkassette. Produziert wird der unter dem Namen „Cleartest Corona 2019-nCoV lgG/lgM“ angebotene Schnelltest von der Weimarer Diagnostikfirma Senova.
Dass ein neu entwickelter Test im Allgemeinen oft noch verbesserungsfähig ist, streitet Gründken nicht ab. Doch sie ärgert sich darüber, dass zum Teil der Glaube bestehe, jeder könne einen Antikörpertest ohne jede Prüfung auf den Markt bringen. „Um einen Test zuzulassen und überhaupt in den Vertrieb nehmen zu können, muss man natürlich eine Validierung machen“, sagt sie. Dazu gehören auch Tests gegen etablierte Referenzmethoden.
Problematisch findet Gründken, dass die Schnelltests gern mit einem „Schwangerschaftstest“ verglichen werden, denn solche Tests gebe es ja schließlich schon viele Jahrzehnte. „Aber wenn wir es wie jetzt mit einem neuen Keim zu tun haben, können wir natürlich nicht auf dreißig Jahre Erfahrung zurückblicken“, fährt Gründken fort. „Deswegen finde ich diese Aussage schwach“.
Den eigenen aktuellen Antikörpertest habe man gegen den PCR-Nachweis auf SARS-CoV-2 validiert, denn der sei bis vor kurzem die einzig geeignete verfügbare Methode gewesen. Außerdem seien Kreuzreaktionen gegen andere Antigene ausgeschlossen worden. Verwechselungsgefahr zu anderen Coronaviren bestehe derzeit nicht. „Das ist ein Reagenz speziell für COVID-19“, versichert Gründken.
Man müsse solch einen Antikörpertest aber dennoch auch weiterhin Qualitätskontrollen unterziehen: „Wir gehen davon aus, dass sich das Virus im Laufe der Zeit verändert“, meint Gründken hierzu. „Deshalb lassen wir die Chargen auch immer wieder gegen aktuelles Probenmaterial testen“. Dazu arbeitet Servoprax mit dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena zusammen. „Die Arbeitsgruppe von Ralf Ehricht kontrolliert dort regelmäßig die Chargen, die wir hinschicken“.
Gründken weist darauf hin, dass grundsätzlich jeder Test seine Schwächen habe und potenziell falsche Ergebnisse liefern könne. Auch der eigentlich sensible PCR-Nachweis von Virus-RNA, von dem Fälle bekannt sind, dass er bei demselben Patienten abwechselnd positive und negative Resultate geliefert hat. Hier ist unter anderem die Art der Probenentnahme ein kritischer Schritt, und außerdem variiert auch der Ort der höchsten Virenlast im zeitlichen Verlauf der Infektion: Anfangs repliziert SARS-CoV-2 im Rachen, später vor allem in der Lunge.
Ebenso braucht es beim Nachweis von Antikörpern ein Hintergrundwissen, um Ergebnisse sinnvoll interpretieren zu können. So werden IgMs normalerweise während der Infektion früher gebildet als IgGs. „Aber auch da sehen wir Schwankungen“, berichtet Gründken. So gebe es einzelne Patienten, die bereits nach zwei Wochen IgGs gegen Corona zeigen – bei anderen hingegen sind diese erst nach vier Wochen oder gar nicht messbar, obwohl der PCR-Test positiv war.
Gründken stellt deshalb klar, dass der Test ausschließlich für professionelle Anwender wie Ärzte oder Apotheker gedacht ist. „Endverbraucher dürfen den Test gar nicht kaufen, weil er dafür nicht zugelassen ist.“
Was ein In-vitro-Diagnostikum wirklich leisten kann und wie zuverlässig ein Test ist, könne man zudem den Leistungsdaten entnehmen. Beim „Cleartest Corona 2019-nCoV lgG/lgM“ besteht demnach gegen IgG eine relative Sensitivität von 100 Prozent und eine relative Spezifität von 98 Prozent. Falsch-positive Resultate sind laut diesen Daten also möglich. Kreuzreaktionen gegen diverse Viren wie Influenza oder Hepatitis sowie einige Bakterien seien nicht festgestellt worden, Kontrollen zur Kreuzreaktivität gegenüber anderen Coronaviren sind aber auch in dieser Produktbeschreibung nicht explizit erwähnt. Über das Corona-Antigen, das in diesem Test zum Einsatz kommt, erfährt der Anwender leider nichts. „Das sind Interna, über die ich Ihnen nichts sagen kann“, bedauert Gründken.
Insofern sind alle Tests derzeit mit ihren Stärken und Schwächen zu sehen: ELISA-Verfahren eignen sich zum Quantifizieren, sind aber aufwändig, während die Schnelltests im Streifenformat eine qualitative Antwort geben. Im Einzelfall ist eine Immunität, wie erwähnt, ohnehin nur über einen individuellen Neutralisationstest sicher beweisbar. Bei groß angelegten Screenings ist das nicht realisierbar.
Nach derzeitigem Kenntnisstand sollte man Schutzmaßnahmen also nicht leichtfertig vernachlässigen, gerade wenn man mit Risikogruppen zu tun hat. Helfen können solche Schnelltests aber möglicherweise, um einen Überblick über den Anteil derjeniger in bestimmten Bevölkerungsgruppen zu bekommen, die bereits eine SARS-CoV-2-Infektion durchgemacht haben – vor allem jetzt in Zeiten knapper Ressourcen, wo aufwändige Tests wie PCR oder ELISA nicht flächendeckend zum Einsatz kommen können.
Wann COVID-19-Patienten welche Antikörper bilden und wie das Immunsystem mit dem Virus umgeht, wird derzeit noch erforscht und in der Fachwelt diskutiert. In der Regel kommt es aber wohl schon nach rund zwei Wochen zu einer Serokonversion, bei der Infizierte spezifische IgGs gegen SARS-CoV-2 bilden. Es gibt aber auch Ausnahmen. In einem im April auf medRxiv hochgeladenen Preprint berichten etwa Fan Wu und seine chinesischen Kollegen über 175 COVID-19-Patienten, die milde Verläufe der Erkrankung gezeigt hatten (doi: 10.1101/2020.03.30.20047365). Die Titer der neutralisierenden Antikörper waren höher bei Patienten im mittleren und im hohen Alter, bei zehn der Probanden hingegen blieben die IgG-Titer unterhalb der Nachweisgrenze. Bedeutet das, dass ihnen eine Immunität fehlt? Oder konnte deren Immunsystem das Virus anders abwehren? Die Autoren regen an, das Wechselspiel zwischen Virus und Immunantwort genau unter die Lupe zu nehmen, um auch etwas für die Entwicklung effektiver Coronavirus-Impfstoffe zu lernen.
Allgemein geht man derzeit jedoch davon aus, dass die meisten Patienten nach einer überstandenen COVID-19-Erkrankung immun sind gegen eine Neuinfektion mit SARS-CoV-2 – zumindest für einige Monate oder Jahre. Damit tragen diese Menschen möglicherweise ein wertvolles Therapeutikum in ihrem Blutplasma: Die neutralisierenden Antikörper gegen die neuen Coronaviren.
Aus diesem Grund laufen gerade zahlreiche Projekte zum Einsatz solcher Rekonvaleszenten-Plasmen an. Einzelfallberichte aus China lassen hoffen, dass sich der Krankheitsverlauf durch Gabe dieser Plasma-Präparate positiv beeinflussen lässt. So gab eine Forschergruppe im März bekannt, dass sich der Zustand fünf schwer erkrankter Patienten verbesserte, nachdem Spender-Antikörper von Genesenen verabreicht worden waren (JAMA, doi: 10.1001/jama.2020.4783).
Ein anderes chinesisches Team hat in einer Pilotstudie Ähnliches vorab bekanntgegeben: Zehn COVID-19-Patienten, ebenfalls mit schweren Verläufen, hatten sich nach der Behandlung mit Rekonvaleszenten-Plasmen erholt. Wie die Autoren angeben, haben sie als Kontrolle rückblickend zufällig zehn COVID-19-Patienten ausgewählt, die in denselben Kliniken lagen, jedoch kein Plasma erhielten. Aus dieser „Kontrollgruppe“ waren drei verstorben (medRxiv, doi: 10.1101/2020.03.16.20036145).
Für sich genommen sind solche Ergebnisse natürlich noch nicht aussagekräftig – und Placebo-kontrollierte Studien mit Menschen in einem lebensgefährlichen Zustand verbieten sich ohnehin. Trotzdem scheint es zumindest plausibel, dass eine Gabe neutralisierender Antikörper die weitere Virusausbreitung im Organismus verhindern kann.
Auch in Europa werden deshalb Untersuchungen hierzu ins Leben gerufen. In Deutschland zum Beispiel hat das Paul-Ehrlich-Institut im April eine entsprechende klinische Phase-2-Studie genehmigt und hierzu Richtlinien und Empfehlungen bekanntgegeben. Welche Institute und Kliniken am Projekt mitwirken, darüber will das Paul-Ehrlich-Institut aktuell keine Angaben machen. Es gehe aber darum, festzustellen, ob die Therapie Auswirkungen auf die betreffende Erkrankung habe, teilt uns die Pressestelle per E-Mail mit. „Darüber hinaus sollen erste Erkenntnisse gesammelt werden, um den optimalen Dosisbereich zu bestimmen“, heißt es weiter. In die Studie einbezogen werden nur „schwersterkrankte COVID-19 Patienten“.
Auch die Nachbarn in Österreich nehmen das Plasma genesener COVID-19-Patienten unter die Lupe. Zum Beispiel Thomas Kreil, Leiter der globalen Pathogensicherheit beim Pharmakonzern Takeda in Wien. „Wir produzieren schon seit 15 Jahren Antikörperkonzentrate“, erklärt Kreil. Bislang werden diese für Patienten mit Immunschwächen oder mit Autoimmunbeschwerden hergestellt. Jetzt soll Spenderplasma auch gegen das neue Coronavirus zum Einsatz kommen, wofür Kreil aktuell möglichst viele Spender sucht, die die Infektion nachweislich durchgemacht haben. „Die können sich bei einem Plasmaspende-Zentrum melden – davon betreiben wir mittlerweile zwölf in Österreich.“
Kreil zeigt sich optimistisch, mit Hilfe von Rekonvaleszenten-Plasma COVID-19-Erkrankten helfen zu können – und erklärt, dass so bereits gegen das verwandte MERS-Virus Erfolge erzielt worden seien. Dazu gebe es zuverlässige Daten aus Asien. „Den Hauptvorteil haben diejenigen, bei denen das Virus noch in der Zirkulation ist und die noch keine eigenen Antikörper gebildet haben.“ Weniger von der Gabe neutralisierender Antikörper profitieren würden wohl jene schwer erkrankten COVID-19-Patienten, die bereits in einem fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung stecken. Das Virus hat dann ja bereits Zellen infiziert und sich in der Lunge ausgebreitet. Die Stärke der Antikörper läge aber gerade darin, eine Infektion und Verbreitung im Körper zu verhindern.
„Das ist auch der Grund, warum wir primär auf Patienten schauen wollen, die gerade intensivstationspflichtig werden und nicht bereits ein langes Leiden auf der Intensivstation hinter sich haben“, erklärt Kreil – und geht davon aus, dass in dieser Gruppe der größte klinische Nutzen erzielt werde.
Vorstellen kann er sich darüber hinaus die präventive Gabe solcher Antikörper. „Denken Sie an Hochrisiko-Berufsgruppen wie ärztliches Personal in Quarantänestationen“, nennt Kreil ein Beispiel für solch eine Passivimpfung. „Wir wissen nämlich, dass diese Antikörper eine Halbwertszeit von drei Wochen haben, sodass man bei der entsprechenden Dosierung vermutlich einen Schutz von bis zu sechs Wochen erreichen könnte“, schätzt Kreil. „Das ist derzeit aber nicht unsere erste Priorität.“
Zu beweisen gelte allein die klinische Wirksamkeit, nicht die Sicherheit der Plasma-Präparate – denn Takeda verwendet die gleiche Plattform wie für die anderen, bereits zugelassenen Immunglobulin-Konzentrate. „Das ist der Vorteil, warum wir auch so schnell in der klinischen Evaluierung sein können: Weil die Sicherheit dieser Präparate allen Behördenvertretern rund um die Welt schon seit über 15 Jahren bekannt ist.“ Sicherstellen möchte Kreil aber, dass aus dem Spenderplasma wirklich Immunglobuline isoliert werden, die das Virus an einer Infektion hindern können. Deswegen kommt auch in Wien vorab ein Neutralisationstest an Zellen zum Einsatz, erklärt Kreil. „Das ist ein funktioneller Test, mit dem jede Spende auf neutralisierende Antikörper getestet wird.“
Kreil hofft, dass Takeda Rekonvaleszenten-Plasma gegen SARS-CoV-2 noch in diesem Jahr weitflächig auf dem Markt verfügbar machen kann. „Wir haben mittlerweile genug Plasma gesammelt, um den ersten Lauf in einem kleinen Maßstab durchführen zu können“, gibt Kreil einen Ausblick. Dann stünde ein erstes Antikörper-Konzentrat für eine klinische Erprobung zur Verfügung.
Auf den Preprint-Servern erscheinen täglich neue Ergebnisse zu SARS-CoV-2 – auch zum Infektionsmechanismus, den Immunantworten sowie dem diagnostischen und therapeutischen Einsatz von Antikörpern oder Virusproteinen. Weil all diese Ergebnisse noch keinem Peer-Review-Prozess unterzogen sind, dürfte sich erst in den nächsten Monaten herauskristallisieren, welche Daten sich als valide und replizierbar erweisen. Und ebenso müssen wir bei den Antikörpertests mit Unsicherheiten leben. Nicht nur, weil die Tests gegebenenfalls noch optimiert werden müssen, sondern auch, weil wir noch nicht genau wissen, welche Immunglobuline bei welchen Patientengruppen zu welchem Zeitpunkt gebildet werden – und wie diese Antikörper mit dem Virus interagieren. Beim Wettlauf gegen COVID-19 brauchen wir also eine gewisse Geduld, um nicht voreilig die falschen Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen zu ziehen.