Ein besserer Nasenabstrich für Covid

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Während seiner fast siebenjährigen Forschung zu 3D-Drucksystemen im Media Lab des MIT begann Jifei Ou SM '14, PhD '19 zu vermuten, dass seine Arbeit zu besseren Produkten führen könnte. Er hätte nie gedacht, dass dies dazu beitragen würde, die durch eine globale Pandemie verursachten Versorgungsengpässe zu beheben.

Seit März letzten Jahres arbeitet Ous Unternehmen OPT Industries mit Krankenhäusern zusammen, um eine neue Art von Nasentupfer für Covid-19-Tests bereitzustellen. Die Abstrichtupfer nutzen dünne, haarartige Strukturen, die Ou während seines Studiums am MIT entwickelt hat. Winzige gewebte Gitter in den OPT-Tupfern ermöglichen es ihnen, mehr Flüssigkeit aufzunehmen und abzugeben als herkömmliche Tupfer.

Das MIT-Spinout nutzt einen kontinuierlichen Fertigungsansatz, der es ihm ermöglicht, die Druckerproduktion entsprechend der Nachfrage zu steigern. Bisher hat das Unternehmen über 800.000 Abstrichtupfer an eine Reihe von Organisationen im Gesundheitswesen und für Heimtests geliefert und so dazu beigetragen, einem Mangel entgegenzuwirken, der die Testkapazitäten der Krankenhäuser gefährdet hatte.

In den zwölf Monaten, seit Ou erkannte, dass OPT eine Rolle bei der Reaktion auf die Pandemie spielen könnte, hat das kleine Team des Unternehmens seine Produktions- und Vertriebskapazitäten vervielfacht, Partnerschaften mit großen Gesundheitsorganisationen wie Kaiser Permanente geschlossen und mit der Entwicklung anderer Produkte begonnen, die von den Möglichkeiten des Unternehmens profitieren könnten Designprozess.

„Es ist sehr bedeutsam, Teil dieser Bemühungen zu sein“, sagt Ou. „Es fühlt sich auch besonders gut an, weil wir schon lange Materialien mit haarähnlichen Strukturen entwickeln. Da kommt es einem so vor: ‚Aha, endlich kommt unsere Expertise zum Einsatz!‘“

Eine Innovation verlässt das Labor

Ous Zeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Tangible Media Group des Media Lab gipfelte in einer Doktorarbeit, in der er neue Möglichkeiten zum Entwerfen und 3D-Drucken komplexer Mikrostrukturen entwickelte. Für die Arbeit musste sein Team einen eigenen 3D-Drucker bauen, Designsoftware erstellen und spezielle Polymere entwickeln, um hohe Anforderungen an Haltbarkeit und Auflösung zu erfüllen.

Ou erhielt Unterstützung von MIT Sandbox und dem E14 Fund, einer auf Media Lab fokussierten Investmentfirma. Ou lobt auch das Industrial Liaison Program des MIT dafür, dass es ihm dabei geholfen hat, Branchenkontakte zu knüpfen. Seit er das MIT verlassen hat, hat Ous Team den Durchsatz der Maschinen verbessert und so einen kontinuierlichen Druck ermöglicht, was dazu führte, dass sich das Unternehmen auf die Herstellung flexibler, textilähnlicher Materialien konzentrierte.

Im März letzten Jahres, als den Krankenhäusern im ganzen Land die Nasenabstriche für Tests auf Covid-19 ausgingen, schickte Ramy Arnaout '97, Direktor der Laboratorien für klinische Mikrobiologie von Beth Israel und außerordentlicher Professor an der Harvard Medical School, eine E-Mail zu seinem Netzwerk am MIT und darüber hinaus auf der Suche nach Hilfe.

Am nächsten Tag betrat Ou Arnaouts Büro in Beth Israel mit einem Prototyp eines Nasentupfers, den sein Team über Nacht zusammengestellt hatte. Der Besuch zeichnete sich nicht nur durch die schnelle Abwicklung aus, sondern auch durch die Präzision, mit der der Prototyp hergestellt wurde.

Die Produkte von OPT werden mithilfe von Algorithmen entwickelt, die versuchen, jede Faserplatzierung zu optimieren. Die Tupfer des Unternehmens verfügen über poröse Mikrostrukturen im Kopf, die darauf abgestimmt sind, Flüssigkeit zu sammeln und zurückzuhalten und diese dann schnell wieder abzugeben, wenn sie in ein Testfläschchen gelangt.

„Als es um die Abstriche ging, dachten wir: ‚Hey, das passt super!‘“, erinnert sich Ou. „Tupfer müssen weich und flexibel sein, die Strukturen an der Spitze müssen sehr komplex sein. Das ist was wir machen."

Ou arbeitete mit Mitgliedern des Center for Bits and Atoms des MIT und einem externen Mikrobiologielabor zusammen, um die OPT-Tupfer mit herkömmlichen Wattestäbchen wie Wattestäbchen zu vergleichen. Die Tests zeigten, dass die Abstrichtupfer von OPT die 20-fache Menge an zu testenden Bakterien freisetzten. Das ist wichtig, weil mehr Proben die Empfindlichkeit von Tests erhöhen, insbesondere von Schnelltests, so Ou.

Vorwärts gehen

Das additive Fertigungssystem von OPT kann die haarähnlichen Mikrostrukturen des Unternehmens hochautomatisiert herstellen, sodass OPT preislich mit herkömmlichen Tupferherstellern konkurrieren kann. Das Unternehmen ist derzeit in der Lage, in seiner Anlage 80.000 Tupfer pro Tag zu produzieren, und laut Ou baut OPT neuere Versionen seiner Maschinen, mit denen Produkte noch schneller hergestellt werden können.

OPT hat Partnerschaften mit großen Gesundheitsorganisationen wie dem Vertriebshändler Henry Schein geschlossen, um seine Abstrichtupfer in Krankenhäuser, Gesundheitskliniken und Testkits für zu Hause zu bringen.

Das Startup entwickelt auch andere medizinische Probenahmegeräte, die die hohe Bakteriensammelrate zum Testen auf andere Krankheiten nutzen. Im Mai wird OPT ein neues Büro in Medford, Massachusetts, beziehen, in dem seine Labor- und Produktionsteams zusammenkommen. Laut Ou besteht das Ziel darin, den Zyklus von der Produktidee über Design, Prototyp, Optimierung und Produktion zu beschleunigen.

„Wir versuchen, in der additiven Fertigung wie [das multinationale Produktunternehmen] 3M zu sein“, sagt Ou. „Jeder kennt 3M, weil sie viele verschiedene Produkte haben, die für das tägliche Leben unverzichtbar sind. Das ist das Modell, das wir anstreben. Wir haben weitere medizinische und kosmetische Produkte in der Entwicklung – der Tupfer ist nur der Anfang.“

Gizmodo-Reporter Andrew Liszewski beleuchtet das MIT-Startup OPT Industries, das eine neue Art von Covid-19-Nasentupfer entwickelt hat, „der Proben schneller aufnimmt und besser zur Analyse freigibt“.

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