Anwendungen
Lateral-Flow-Tests (LFA) gibt es seit den 1980er Jahren und sie werden in den meisten biologischen und medizinischen Bereichen eingesetzt. Während der Covid-19-Pandemie ist jeder mit dieser Technologie in Berührung gekommen, da die meisten Covid-19-Schnelltests auf diesem Prinzip basieren. LFAs werden auch häufig in Schwangerschaftstests verwendet.
Sie finden auch in klinischen Umgebungen Anwendung. Unsere Partner von der Fakultät für Medizin und Lebenswissenschaften an der Hochschule Furtwangen nutzen sie zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken: In einem Projekt wurden LFAs entwickelt, um Sepsis-bedingte Biomarker wie Interleukin-6 und C-reaktives Protein nachzuweisen; ein anderes Projekt verwendete Tests zur Überwachung der Medikamentendosierung bei der Behandlung von Tachykardie.
Prinzip
LTAs bestehen aus einer speziell beschichteten Oberfläche, durch die die Testlösung lateral (daher der Name) fließt. Die Ergebnisse werden in der Regel durch eine der folgenden beiden Methoden ermittelt.
Sandwich-Assays
Sandwich-Assays werden normalerweise für größere Moleküle mit mehreren Bindungsstellen verwendet. Während die Lösung entlang der Oberfläche fließt, kommt sie zuerst mit analytspezifischen Antikörpern in Kontakt, die mit Signalkörperchen (oft kolloidales Gold) markiert sind und an die der Analyte bindet.
Anschließend passiert die Lösung die Testlinie, die aus an die Oberfläche gebundenen Antikörpern besteht. Wenn der Analyte über die Testlinie fließt, wird er von den Oberflächenantikörpern gebunden. Da der Analyte zuvor mit einem farbigen Marker markiert wurde, wird die Testlinie sichtbar und der Test kann als positiv interpretiert werden.
Wenn der Analyte nicht vorhanden ist, kann die Verbindung zwischen Testlinien-Antikörper und Marker nicht hergestellt werden, und die Testlinie bleibt farblos und somit unsichtbar.
Competive Assay
Ein Competitive Assay wird für kleine Moleküle mit nur einer Bindungsstelle verwendet. Wie bei der vorherigen Methode wird der Analyte mit Antikörpern markiert, die visuelle Marker tragen. In diesem Fall besteht die Testlinie jedoch nicht aus Antikörpern, sondern aus dem Analyte selbst. Da die Marker bereits an den fließenden Analyte gebunden sind, können sie nicht an die Testlinie binden, und diese bleibt farblos.
Wenn der Analyte in der Testlösung nicht vorhanden ist, bleiben die Marker ungebunden, wenn sie an der Testlinie ankommen. Daher können sie an die Testlinie binden, die dadurch sichtbar wird. Mit anderen Worten: Eine fehlende Testlinie zeigt ein positives Testergebnis an.
Die meisten Tests enthalten auch eine Kontrolllinie nach der Testlinie, die ungebundene Marker bindet. Sie dient dazu, sicherzustellen, dass der Test korrekt funktioniert hat. Darüber hinaus kann ihre Intensität als Referenzwert bei der Berechnung der Analyte-Konzentration dienen.
HSA Lateral Flow Test Analysis Modul
In unserer Arbeit konzentrierten wir uns darauf, Lateral-Flow-Tests zu evaluieren, um die Substratkonzentration abzuleiten.
Die Grundlage der Analyse sind Grauwertbilder mehrerer Teststreifen. Da nur kleine Teile des Bildes Kontroll- und Testlinien enthalten, wurde ein Faster-R-CNN-Modell für die Objekterkennung trainiert, um diese Bereiche automatisch zu identifizieren.
Nach dem Auffinden aller interessanten Bereiche wird eine klassische Bildanalyse durchgeführt. Zunächst wird die Dimensionalität durch das Mittelwertbilden über jede Zeile reduziert. Ein Grauwertdiagramm mit einem oder zwei sichtbaren Peaks wird erhalten. Da die Fläche dieser Peaks proportional zur Intensität der Kontroll- oder Testlinie ist, wird das Integral unter beiden berechnet. Die Substratkonzentrationen werden anhand der Relation zwischen beiden Flächen berechnet.
Dieses Konzept wurde implementiert und dann in unser Analyse-Kit integriert, wodurch eine automatische Verarbeitung von der Bildimportierung bis zur Ermittlung numerischer Ergebnisse für die weitere Forschung ermöglicht wird.