Mens den første bølge af corona-epidemien skyller henover verden med over 400.000 liv på samvittigheden, stiger behovet for at vide, om man har været smittet, eller fortsat er i fare. En verdensomspændende mangel på troværdige antistoftest fik Danmarks største hospital Rigshospitalet og Københavns Universitet samt Danmarks største virksomhed Novo Nordisk A/S til at gå sammen om at udvikle en antistoftest. Det har ført til udvikling af ikke bare én men hele to meget sikre test. Den ene kan muligvis give svaret på, hvordan mennesker bliver immune over COVID-19.
Som et spyd skyder virus sin spike-protein-arm ind cellens væg, hvor den hægter sig fast på den antenne, der egentlig skulle modtage signaler til at regulere kroppens blodtryk. Virus sidder nu fast og er klar til at indtage cellen og narre den til at lave tusinder af kopier af sig selv, der derefter inficerer andre celler i kroppen. Måden, SARS-CoV-2 indtager menneskekroppen på, er velkendt, men hvad, der sker derefter, er stadig meget usikkert. Nogle bliver alvorligt syge, andre ikke. Nogle udvikler antistoffer, andre måske ikke. Nogle bliver immune, andre måske ikke. Antistof-test skal nu give svar på de mange spørgsmål for at afværge fremtidige COVID-19-pandemibølger.
”Det overordnede mål var at sikre, at vi er selvforsynende med test her i Danmark, og at vi kender hver eneste detalje om testen, så vi er sikre på, at den er af høj kvalitet, og så vi kan ændre testen, hvis virus begynder at mutere, og så vi kan måle på effekten af vacciner, når de bliver tilgængelige. Vi har også udviklet testen yderligere, så vi kan vise i detalje, hvilken type antistoffer der opstår mod virus, hvor meget som dannes, og hvornår de forsvinder og dermed følge, om antistofferne faktisk giver immunitet og hvor længe,” forklarer klinisk professor Peter Garred fra Diagnostisk Center på Rigshospitalet og Institut for Klinisk Medicin på Københavns Universitet.
Hurtige test ikke gode nok
Det nye projekt startede, da det stod klart, at det var vanskeligt at få en god COVID-19-antistoftest til Danmark. Sammen med virksomheden Novo Nordisk A/S begyndte Peter Garred og hans team at udvikle en dansk antistoftest fra bunden for at sikre, at det ville være muligt at teste den danske befolkning.
”Vi ved, at når globale epidemier – såkaldte pandemier – rammer verden, så vil der være begrænset kapacitet, og det vil være en kamp for få fat i de kommercielt tilgængelige test. Så det er kritisk for en nation som Danmark at være i stand til at have ubegrænset kapacitet til at teste befolkningen,” forklarer koncerndirektør for forskning og udvikling Novo Nordisk A/S Mads Krogsgaard Thomsen.
Den største udfordring, når man udvikler en antistoftest, er at vælge de rigtige ingredienser. Mange eksisterende hurtigtest ser ikke ud til at være gode nok. De er bygget op som graviditetstest og er ikke følsomme nok og har nogle vanskeligheder med deres specificitet.
”De kan muligvis bruges til en vis grad til overvågning af en hel befolkning, men testene producerer generelt for mange falske negative, og falsk positive er endnu værre, da de så fortæller folk, at de allerede har været inficeret,” forklarer Peter Garred.
"Jeg vil ikke sige, at de er ubrugelige, men de er af meget begrænset værdi, da de ikke altid finder de positive og de negative. Så jeg ville holde mig væk fra dem,” mener Mads Krogsgaard Thomsen.
En rigtig god kandidat
For at udvikle en følsom og specifik antistoftest er det første trin at bestemme vigtige karakteristika hos den virus, man gerne vil teste for antistoffer imod. Når SARS-CoV-2 inficerer et menneskes celle, fastgør virus sig på overfladen af cellen ved hjælp af det såkaldte spike-protein, der sætter sig fast i cellemembranens ACE2-receptor, der egentlig normalt modtager signaler med det formål at regulere kroppens blodtryk
”Når virus sidder fast, optager cellen den og narres derefter til at masseproducere mange flere virus, der kan invadere nye celler. Infektionen er startet. Spike-proteinet er det protein, der er afgørende for, at virus kan blive infektiøs. Hvis det ikke var for spike-proteinet, vil virus ikke længere kunne inficere mennesker. Så fordi det er så vigtigt for virus, kan du være ret sikker på, at spike-proteinet forbliver ret uændret, selv om virus ændrer sig,” forklarer Peter Garred.
Immunsystemet gemmer information om eksterne trusler, for eksempel spike-proteinets unikke form, så i et senere angreb kan kroppen hurtigt mobilisere sine antistoffer, der kan fjerne virus fra kroppen.
”Du har syv forskellige coronavirus. Du vil sikre dig, at det, du måler, er antistoffer mod denne virus – den, der kaldes SARS-CoV2, og ikke alle de andre. Så du skal have noget, der er specifikt. Det muterer heller ikke rigtigt, tror vi, da det er kritisk for infektionen af virus. Og den er specifik for denne bestemte virus og findes ikke i en lignende form blandt andre coronavirus,” forklarer Mads Krogsgaard Thomsen.
I antistofterminologi kaldes dette et antigen, og spike-proteinet synes at være en rigtig god kandidat til at bruge til testen. Det er dog også et vanskeligt protein, da det er meget stort. En del af spike-proteinet, receptorbindings-domænet (RBD), er meget karakteristisk for SARS-CoV2 sammenlignet med andre coronavirus.
”Det er faktisk lidt svært at udtrykke hele spike-proteinet, for det er et meget specielt protein, der har nogle sukkermolekyler ovenpå. Vi har derfor valgt at koncentrere testen om RBD-domænet, som er den del af spike-proteinet, som gør virusset infektiøst. Det er lettere at producere end hele spike-proteinet, og for at det skal ligne det virusantigen, vi har i kroppen, så meget som muligt, producerer vi det i en menneskecelle, så vi er sikre på, at immunsystemet kan genkende det på en korrekt måde,” siger Mads Krogsgaard Thomsen.
5.000 mennesker om dagen
Det kræver dog mere end et godt antigen at lave en pålidelig test. Forskerne brugte en såkaldt ELISA-test. Plastbrønde dækkes med viralt antigen – RBD fra spike-proteinet – og serum fra patienten fyldes i brøndene. Hvis serum indeholder antistof, vil det binde til spike-proteinet.
”Men kun hvis antistofferne er udviklet specifikt mod spike-proteinet, vil de binde. Pladerne vaskes derefter, og vi tilsætter det samme antigen, men denne gang kobles det til et enzym, der kan binde til den anden arm af antistoffet, og dette kan fremkaldes, så vi får en kemisk reaktion, som udvikler en farve, så vi derefter kan se, om der er en antistofreaktion mod virus,” forklarer Peter Garred.
Når testen er færdigudviklet, er en sidste udfordring at opskalere testen. Selvom laboratorieteknikere kan være nok så dygtige til at udføre en test, så er der brug for automatisering, hvis man vil teste en befolkning på flere millioner mennesker, for ikke at tale om hele verden.
”Så vi har brugt roboteksperter og vidunderlige nørdede personer, der kan omdanne alt dette til et flow-format. Så i dag har vi faktisk udstyr til at køre testene uden nogen menneskelig indgriben. Når dagens test er kørt, henter en computer alle resultaterne og kan sende dem tilbage til professoren, som derefter kan identificere dem, der var positive, og sende patienterne de rigtige oplysninger,” forklarer Mads Krogsgaard Thomsen.
De sidste forsøg på testen er lige afsluttet, og det er nu muligt at begynde at teste op til 5.000 mennesker om dagen.
”Vi har været i stand til at teste alle typer af blodsera fra minimalt til maksimalt inficerede patienter og identificere, at de fanger stort set alle dem, der faktisk er positive, og med næsten 100 % specificitet, hvilket angiver sikkerheden for ikke at have en falsk positiv, dvs at du tror, at du har haft infektionen, men at du faktisk ikke har haft den,” siger Mads Krogsgaard Thomsen.
Gør antistofferne dig immun?
Projektets overordnede mål har været at blive selvforsynende i Danmark. Forskerne har derfor valgt kemiske reagenser, der altid er let tilgængelige, til test.
”Vi ved, at der har været mangel på kemiske reagenser. Vi ved også, at der har været mangel på alle de forskellige udstyr, der skal bruges, og på for eksempel medicin. Det, vi har lært af denne COVID-19-pandemi, er, at du kun har dig selv at stole på. Og det betyder, at der er behov for at have en forsyningskæde, der fungerer. Det har været meget vigtigt, at vi kan lave vores egne test. Ikke kun antistoftest, men også andre typer af test. Så vi kan hjælpe befolkningen,” forklarer Peter Garred.
På grund af COVID-19's alvorlighed har en viden om de antigener, som testene bruger, og om kvaliteten af testene, også været afgørende – så enhver detalje omkring testen er kendt.
”Hvis virusset skulle mutere, kan vi også meget let ændre antistoftesten ved at følge, hvordan virus udvikler sig, men vi kan også bruge testen til at måle effekten af en vaccine, når den bliver tilgængelig. Og endelig kan vi også se, om individer har ordentlige antistofreaktioner,” uddyber Peter Garred.
Den nye test skal være i stand til at måle antistoffer både hos mennesker, der er alvorligt syge i respiratorer, og dem, der ikke engang har symptomer, men et vigtigt spørgsmål forbliver ubesvaret: Gør antistofferne dig immun?
”Det er noget, som vi ikke er hundrede procent sikre på i øjeblikket. Vi håber, at antistofferne, der fremstilles af immunsystemet, kan neutralisere virus, så vi bliver immune og ikke kan blive smittet igen, men det er selvfølgelig noget, der er brug for mere forskning for at afklare, hvor lang tid dette immunsvar varer,” siger Peter Garred.
En ny test til at undersøge vacciner
Forskerne har en teori om, at COVID-19-immunitet kan falde over tid. Og passer det, så vil folk blive modtagelige over for smitte igen.
”Vi ved, at for eksempel for almindelige forkølelsesvirus, der ligner COVID-19-virus, så falder antistofresponset over tid, og så får vi en ny forkølelse igen,” forklarer Peter Garred.
Forskeren tror dog, at individer, der har høje niveauer af antistoffer mod de centrale dele af virus, vil være mere immune end andre. For at besvare det spørgsmål har forskerne udviklet endnu en antistoftest – en direkte ELISA-test, der kan bruges til at undersøge typen af antistof mod COVID-19-virus i blodet. Antistoftyperne immunoglobulin M, A og G findes i forskellige kropsvæsker og giver forskellige slags immunitet.
”Selvom sandwich-testen er ideel til at spore spredningen af infektion i samfundet, kan denne direkte test bruges til at undersøge typen af antistof over tid. Når vores viden om COVID-19 er forbedret, vil vores test forhåbentlig også blive brugt til at forudsige, hvem der faktisk er blevet immune og til at vælge donorer, hvis antistoffer kan bruges til at behandle andre COVID-19-patienter.”
Udvikling af den nye antistoftest vil endda gøre det muligt at undersøge interaktionen mellem virusets spike-protein og den humane receptor ACE2 for at kontrollere, om antistoffer kan hæmme receptorens binding.
"På denne måde kan vi undersøge, om vacciner mod COVID-19-virus faktisk giver et beskyttende antistofrespons og også måle, hvordan det vil ændre sig over tid, og alle disse ting tilsammen vil give et indtryk af, hvor immun den enkelte person er mod virusset," siger Peter Garred.
Undgå virkningen af en anden bølge
Samarbejdet mellem Rigshospitalet, Københavns Universitet og Novo Nordisk A/S har været tæt på et perfekt match. Novo Nordisk A/S har produceret kemiske reagenser af høj kvalitet til antistofforsøgene, bidraget til en grundig test og sikret, at testene kan udføres i stor skala, mens forskere ved Rigshospitalet hovedsageligt har stået for det molekylære grundarbejde, testet prototyper og undersøgt kliniske prøver.
”Offentlige-private partnerskaber er nødvendige. Det offentlige kan ikke producere en kur. Det offentlige kan ikke producere en vaccine, og det offentlige kan ikke skabe disse højkapacitetstest, som et firma som Novo Nordisk kan. Men vi som virksomheder kan ikke tage os af patienter og kan kun i samarbejde udnytte den basale viden og de opdagelser, som laves på hospitaler og universiteter til gavn for patienterne og befolkningen. Vi har ikke som hospitalerne og universiteterne patientindsigt, som de har. Så samarbejdet har bygget på en stor mængde gensidig tillid, og det har været et problemfrit samarbejde, og dette aktuelle samarbejde er etableret og sket i løbet af kun to måneder,” forklarer Mads Krogsgaard Thomsen.
Der er ingen planer om at kommercialisere testene. I stedet vurderer Novo Nordisk i øjeblikket, hvordan testene kan hjælpe i større skala, både i Danmark og internationalt, da det ifølge Mads Krogsgaard Thomsen vil være kritisk vigtigt at teste befolkninger igen og igen for at bekæmpe corona-krisen.
”Du skal kunne følge udviklingen af epidemien, både på befolkningsniveau og på individuelt niveau. Du vil gerne vide, om du har haft en infektion. Så kan du tage hen og besøge din gamle bedstemor, fordi du har haft sygdommen, og du er immun og ikke kan smitte hende. Og hvis du har en lungesygdom og ikke har antistoffer, er det vigtigt at være forsigtig. Testene kan hjælpe til en mere sikker genåbning af samfundet og sørge for, at vi undgår de hårdeste effekter af en potentiel anden bølge,” lyder det fra Mads Krogsgaard Thomsen.
De nye antistoftest er udviklet er udviklet fra bunden i et tæt samarbejde mellem Rigshospitalet, Københavns Universitet og Novo Nordisk A/S med støtte fra Carlsbergfondet. Peter Garred har modtaget en bevilling på DKK 4.803.750 fra Novo Nordisk Fonden til 'The Copenhagen SARS-CoV-2 antibody testing initiativ'.
