COVID-19-Zeitplan: Entwicklung von Diagnostika, Impfstoffen und therapeutischen Antikörpern
Die weltweiten Forschungsbestrebungen konzentrieren sich auf das SARS-CoV-2-Virus, um potentielle Therapien für COVID-19 zu entwickeln. Erkunden Sie mit uns einen wissenschaftlichen Zeitplan der wichtigsten COVID-19-Entdeckungen. Die Infografik zeigt die historische Entwicklung in den Bereichen Diagnostik, Impfstoffe und therapeutische Antikörper. Wir werden Ihnen unsere Workflow-Lösungen für die Herausforderungen der Diagnose, Behandlung und Prävention vorstellen und Ihnen wichtige Systeme anbieten, die Sie dabei unterstützen, Ihre COVID-19-Forschung und Markteinführungszeit zu beschleunigen.
1. Diagnoseentwicklung: Die Vermarktung des ersten COVID-PCR-Tests
Das SARS-CoV-2-Virus, das ursächliche Mittel für COVID-19 und die schlimmste Pandemie in der modernen Geschichte, wurde erstmals in Einzelfällen Ende identifiziert2019. Die genetische Sequenz des Virus wurde frühzeitig gewonnen 2020 und anschließend an Forschungslabore auf der ganzen Welt weitergegeben. Der Wettlauf, die molekularen Grundlagen des Virus zu verstehen und wirksame Behandlungen und Impfstoffe zu entwickeln, war im Gange.
- Januar 2020 – SARS-CoV-2 wurde zum ersten Mal zu Forschungszwecken im Labor kultiviert. Dies war ein wichtiger früher Teil des Puzzles für die Entwicklung diagnostischer Tests und Impfstoffe.\
- Februar – März 2020 – Es wurden zahlreiche genetische Tests auf Grundlage von PCR, ELISA und anderen Techniken durchgeführt, um die Herausforderungen bei der Bestimmung positiver Fälle von Virusinfektionen und der Bekämpfung der Ausbreitung der Krankheit zu meistern.\
- April 2020 – Achtzehn Laboratory Developed Tests (LDTs) hatten die Notfallzulassung (EUA) von der FDA erhalten, eine Zahl, die sich innerhalb eines Monats verdoppeln würde.\
- September 2020 – Die Anzahl der EUA-Diagnosetests250, die über erreicht wurden, einschließlich 200 übermolekularer Tests, 50 Antikörpertests und mehrerer antigenbasierter Tests. Solche Tests deckten den Lebenszyklus einer Virusinfektion ab, angefangen bei der Früherkennung von Viren im Falle von Molekular- und Antigentests bis hin zu Immunantworten, die durch den Nachweis von Wirtsantikörpern gemessen wurden.
Prozess der diagnostischen Entwicklung mittels ELISA
Der Prozess der diagnostischen Entwicklung kann mehrere Schritte zur Identifizierung von Biomarkern umfassen, die auf ein Virus hinweisen. Dazu gehören**** genetische Signaturen bei RT-PCR oder virale Antigene bei antigenbasiertem Nachweis. Der Nachweis von viralen Antigen- und Wirtsantikörpern kann mithilfe von Enzyme-linked Immunoassay (ELISA) und anderen quantitativen Ansätzen erzielt werden. Eine frühzeitige Charakterisierung ist von höchster Bedeutung, um die wichtigsten Ziele zu verstehen, für die letztendlich Tests und Assays entwickelt werden.
Der oben genannte Arbeitsablauf für ein typisches Sandwich-ELISA-Verfahren ist zeit- und arbeitsintensiv. Eine Laborautomatisierung für einen ELISA-Arbeitsablauf mit hohem Durchsatz kann dabei helfen, Zeit für unterwegs zu gewinnen, den Durchsatz, die Effektivität und Effizienz des Assay-Verfahrens zu erhöhen und die Reproduzierbarkeit zu erhöhen.
Die SpectraMax ABS und ABS Plus Absorbance ELISA Microplate Readers bieten Flexibilität, Empfindlichkeit und Komfort für eine große Bandbreite an Assays wie ELISA, mikrobielles Wachstum und Proteinquantifizierung.
Die SpectraMax® iD3 und iD5 Multi-Mode Mikroplatten-Reader messen Absorption, Fluoreszenz und Lumineszenz. Darüber hinaus misst der iD5-Reader TRF und FP und kann erweitert werden, um TR-FRET, HTRF®, BRET, Dual-Luciferase-Reporter-Assays mit Injektoren und Western Blot-Detektion einzuschließen.
Der SpectraMax® i3x Multi-Mode Mikroplatten-Reader misst Absorption, Fluoreszenz und Lumineszenz mit verfügbaren Upgrades, einschließlich Western Blot, Zell-Imaging und schneller Kinetik mit Injektoren sowie zusätzlichen Detektionsmodi.
Der AquaMax® Microplate Washer ist ein geschlossenes System, das sowohl für 96- als auch für 384-Well-Mikroplatten konfigurierbar ist.
2. Impfstoffentwicklung Die weltweiten Bemühungen zur Beschleunigung von COVID-Impfstoffen
Auf der anderen Seite wurde eine massive Kampagne zur Entwicklung von Impfstoffen zur Prävention von SARS-CoV-2-Infektionen und deren Ausbreitung durchgeführt. Basierend auf jahrelanger explorativer und präklinischer Arbeit nutzten mehrere Unternehmen die genetische Sequenz des Virus bei der Entwicklung neuartiger mRNA-basierter Impfstoffe. Andere Wege der Impfstoffentwicklung wurden ebenfalls erforscht, darunter solche, die auf Systemen zur Verabreichung viraler Vektoren und traditionellerer Verabreichung von abgetöteten oder attenuierten Viruspartikeln basieren. Ein mehrgleisiger Ansatz war der Schlüssel zur Erläuterung der effektivsten Präventionsstrategien.
- April 2020 – Sowohl Moderna als auch Pfizer hatten die präklinische Forschung und Entwicklung von mRNA-Impfstoffkandidaten abgeschlossen. Johnson & Johnson und Astra Zeneca verfolgten in den darauffolgenden Wochen klinische Studien mit ihren Impfstoffkandidaten. Diese Bemühungen waren Spitzenreiter in einer Welle der Impfstoffentwicklung, mit über 80 Impfstoffkandidaten in der Entwicklung und mindestens fünf, die in dieser Zeit in klinische Phase-I-Tests aufgenommen wurden.\
- April 2020 – Der Moderna-Impfstoffkandidat erreichte einen Meilenstein, indem er in die zweite Dosierungsrunde überging.\
- Mai 2020 – Moderna erhielt die FDA-Zulassung, um mit Phase-II-Studien fortzufahren.\
- Juni 2020 – Die Anzahl der Impfstoffe in der Entwicklung war auf über gestiegen130, mit 16 in klinischen Studien.\
- Juli 2020 – Die klinische Phase-III-Studie von Moderna begann.\
- Dezember 2020 – Der Moderna-Impfstoff wurde von der FDA für den Notfall zugelassen, gefolgt von EUA-Zulassungen für die Impfstoffe Pfizer BioNTech und Johnson & Johnson.\
- Mai 2021 – Die globale Gemeinschaft erreichte den wichtigen Meilenstein von 1 Milliarde COVID-19-Impfungen. Diese unglaubliche Leistung kam nur 4 Monate nach der Einführung des Impfstoffs und etwas mehr als ein Jahr nach Beginn der Impfstoffstudien an Menschen.
Lösungen für die Entdeckung von Antigenen und Immunogenen für die Impfstoffentwicklung
Die Entwicklung von Impfstoffen hängt vom ersten Verständnis der viralen DNA, der Antigene und der immunogenen Reaktion des Immunsystems des Wirts ab. Inder Impfstoffforschung werden Immungen-Assays in Virusscreenings verwendet, gefolgt von einer umfassenden Beschreibung positiver immunogener Gene und Proteine. Diese können dann technisch optimiert und optimiert werden, um die Entwicklung von Downstream-Impfstoffen zu erleichtern. Zu den wichtigsten Prozessschritten gehören die Verwendung von Werkzeugen zum Screening und zur Identifizierung positiver Zellklone.
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In diesem Video, bespricht Justin Dranschack, Manager, BioPharma Platform, unsere Lösung für den Arbeitsablauf zur Impfstoffentwicklung unter Verwendung rekombinanter Proteine als Immunogen und verweist auf die Systeme, die Sie bei Ihrer Forschung unterstützen.
Mit den QPix® 400 Series Microbial Colony Pickern können Sie Arbeitsabläufe in der synthetischen Biologie für DNA-Assembly, Antikörper-Discovery und Protein-Engineering voll automatisieren. Mit einer großen Vielfalt an Werkzeugen zur Datennachverfolgung und für Assays optimiert die QPix Software die Kontrolle und die Verwaltung komplexer und sich wiederholender Prozesse.
Der SpectraMax® i3x Multi-Mode Mikroplatten-Reader misst Absorption, Fluoreszenz und Lumineszenz mit verfügbaren Upgrades, einschließlich Western Blot , Zell-Imaging und schneller Kinetik mit Injektoren sowie zusätzlichen Detektionsmodi.
Unsere ImageXpress High-Content-Imaging-Systeme bieten eine End-to-End-Lösung für das High-Content-Screening und die Analyse. Alle unsere Systeme unterstützen eine große Bandbreite an Anwendungen, erhöhten Durchsatz und optimierte Arbeitsabläufe.
3. Antikörper-Discovery: Das Rennen um die Entwicklung und Skalierung therapeutischer Antikörper
Obwohl die Impfstoffentwicklung auf die Prävention von Virusinfektionen und die Ausbreitung abzielt, ist das Aufkommen von Therapeutika zur Behandlung von Krankheiten ebenso wichtig. Die Entwicklung therapeutischer monoklonaler Antikörper hat eine entscheidende Rolle bei der Stärkung des Immunsystems und der Unterstützung von Patienten mit COVID-19 gespielt. Der Prozess hängt von der Identifizierung und Charakterisierung von Antikörpern, dem Protein-Engineering und der Selektion und dem Wachstum positiver Hybridom-Zelllinien ab.
- April 2020 – Zur Behandlung von COVID-19 befanden sich mehr als 150 Wirkstoffe in der Entwicklung, von denen viele bereits für andere Virusinfektionen zugelassen und für die sichere Anwendung beim Menschen indiziert waren. Zu diesem Zeitpunkt gab es laut der Weltgesundheitsorganisation über 1.000 laufende klinische Studien zu Behandlungen für COVID-19, von denen viele therapeutische Antikörper umfassten.\
- Mai 2020 – Klinische Studien der Phase II und III wurden für das neuartige, von SAB Biotherapeutics entwickelte, vollständig humane polyklonale Antikörpertherapeutikum SAB-185 durchgeführt.\
- Juli 2020 – Regeneron nahm an klinischen Phase-III-Studien für einen vollständig humanisierten Antikörper-Cocktail REGN-COV2 teil, der zwei Antikörper enthält, die nicht-kompetitive an die Rezeptorbindungsdomäne des Spike (S)-Proteins des Virus binden. Diese Anordnung verringert die Fähigkeit von mutierten Viren, eine Behandlung zu vermeiden, und schützt vor Spike-Varianten, die sich in der menschlichen Bevölkerung entwickelt haben.\
- September 2020 – Daten aus der Phase-III-Studie für den REGN-COV2-Antikörper-Cocktail haben gezeigt, dass sie die Virusbelastung reduzieren und die Systeme nicht stationär aufgenommener COVID-19-Patienten verbessern.\
- Dezember 2020 – Die FDA erteilte ihre erste Notfallzulassung für eine COVID-19-Antikörperbehandlung. Bamlanivimab (von Eli Lilly) verwendet künstlich hergestellte Antikörper, die auf den von Personen isolierten Antikörpern basieren, die sich von der Krankheit erholt haben, oder auf rekonvaleszenten Patienten.\
- Mai 2021 – Mit der EUA-Zulassung der FDA für den neuartigen Antikörper Sotrovimab begannen Unternehmen mit der Entwicklung von Antikörpern der nächsten Generation, die auf denen von einzigartigen Personen modelliert wurden, deren Immunsystem SARS-CoV-2 neutralisieren kann, einschließlich aller neuartigen Varianten, die auftreten können.
Hybridomerzeugung und Screening großer Antikörperbibliotheken
Die Hybridom-Technologie ist eine Methode zur Massenproduktion von Antikörpern in einer Hybridzelllinie, die durch die Fusion von Antikörper-produzierenden B-Zellen mit einer immortalisierten Myelomzelllinie, einer sogenannten Hybridomzelle, erzeugt wird. Da jede B-Zelle einen einzigartigen Antikörper produziert, kann das Klonen von Hybridomen in Einzelzellen verwendet werden, um eine vielfältige Bibliothek einzigartiger monoklonaler Antikörper in großem Maßstab zu erzeugen, die häufig zur Prävention, Diagnose und Behandlung von Krankheiten verwendet wird.
Das folgende Video stellt unsere Lösung für einen Hybridom-Arbeitsablauf vor und verweist auf die Systeme, die Sie bei Ihrer Forschung unterstützen.
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Justin Dranschack, Manager für BioPharma-Lösungen bei Molecular Devices, erörtert den Arbeitsablauf von Hybridoma-mAbs und stellt automatisierte Systeme vor, die die Markteinführung beschleunigen.
Der CloneSelect® Imager kann Sie dabei unterstützen, die behördlichen Anforderungen der Einzelzell-Verifizierung zu erfüllen, indem er Zellen im Weißlichtkanal und die optionale Fluoreszenz automatisiert analysiert, um der Verifizierung der Monoklonalität eine weitere Vertrauensschicht hinzuzufügen. Das -System ermöglicht auch gleichzeitige Konfluenz- und Monoklonalitätsstudien.
Der ClonePix® 2 Säugetierkolonie-Picker ist ein voll automatisiertes System zur Selektion hochwertiger Klone, die in der Antikörper-Discovery und der Entwicklung von Zelllinien verwendet werden. Erhältlich mit optionaler Monoklonalitätssicherungsfunktion zur Kondensierung von Arbeitsabläufen in der Zelllinienentwicklung auf ein einziges Gerät.
Die SpectraMax® iD3 und iD5 Multi-Mode Mikroplatten-Reader messen Absorption, Fluoreszenz und Lumineszenz. Zusätzlich misst der iD5-Reader TRF und FP und kann so erweitert werden, dass er auch TR-FRET, HTRF®, BRET, Dual-Luciferase Reporter Assays mit Injektoren und Western Blot-Nachweise bietet.
Unsere ImageXpress High-Content-Imaging-Systeme bieten eine End-to-End-Lösung für das High-Content-Screening und die Analyse. Alle unsere Systeme unterstützen eine große Bandbreite an Anwendungen, erhöhten Durchsatz und optimierte Arbeitsabläufe.
4. Wie Sie Ihre COVID-19-Forschung beschleunigen können
Arbeitsabläufe in der Impfstoffentwicklung variieren je nach gewählter Plattform (z. B. inaktiviertes Virus vs. DNA-Impfstoff), wobei jeder einzelne seine eigenen Vorteile hat. Um die Erfolgswahrscheinlichkeit gegen den Infektionserreger zu erhöhen, fördern CEPI, die Coalition for Epidemic Preparedness Innovations und viele andere Organisationen verschiedene Ansätze während einer Pandemie.
Wir haben eine Vielzahl von virusbezogenen Arbeitsabläufen entwickelt – von der Antigen-/Immunogen- und Antikörper-Discovery bis hin zur Entwicklung stabiler Zelllinien. Oben finden Sie einen allgemeinen Arbeitsablauf für die Impfstoffentwicklung, bei dem rekombinante Proteine als Immungen verwendet werden, wobei auf automatisierte Instrumente verwiesen wird, um Ihre Forschung zu beschleunigen.