Von Abfall zu Nachhaltigkeit: Schnelltests mit Biomaterialien

Jährlich werden über 2 Milliarden Schnelltest-Kits (Lateral Flow Assays) produziert, die Zehntausende Tonnen gebrauchter Materialien zur weltweit wachsenden Menge medizinischer Abfälle beitragen. Jedes Testkit enthält etwa 12 Gramm Kunststoff und ist für den einmaligen Gebrauch bestimmt. Das 2022 gegründete Unternehmen Okos Diagnostics hat sich zum Ziel gesetzt, die Abfallmengen mit einer nachhaltigen Schnelltestlösung zu reduzieren.

Sander Julian Brus erläutert im MEDICA.de Interview, wie die Auswahl von Biomaterialien als Ersatz für Kunststoffgehäuse von Lateral Flow Assay Kits zu der nachhaltigen Lösung "ecoFluorecare" führte.

Herr Brus, welche Biomaterialien werden bei der Herstellung der ecoFluorecare-Kassetten verwendet?

Sander Julian Brus: Wir haben mit verschiedenen Biomaterialien experimentiert, um den perfekten Ersatz für das Kunststoffgehäuse von Schnelltests zu finden. Es gibt einige wichtige Anforderungen an das Material: die biobasierte Herkunft, die Kompostierbarkeit und die Eignung für das Spritzgießverfahren. Nach der Feinabstimmung der Zusammensetzung des pflanzlichen Materials und Spritzgussversuchen sind wir nun in der Lage, umweltfreundliche Kassetten für die In-vitro-Diagnostikindustrie in großen Mengen zu produzieren.

Das Material besteht hauptsächlich aus landwirtschaftlichen Restprodukten und entspricht den Kompostierungsstandards (ASTM D6400 & EN12432). Neben dem pflanzenbasierenden Material experimentierten wir auch mit anderen innovativen, biologisch abbaubaren Materialien wie Gelatine. Es ist wichtig, eine Materialmischung zu haben, auf die die Industrie (IVD-Sektor und Spritzgießer) leicht umsteigen kann und die bereits gut verfügbar ist. Man kann zwar auch ein Biomaterial finden, das unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit sehr attraktiv ist, aber wenn es nicht spritzgussfähig ist oder sich zu schnell abbaut, wird die Industrie zögern, es zu verwenden.

Welche Vorteile bieten die verwendeten Biomaterialien gegenüber herkömmlichen Kunststoffen?

Brus: Es gibt mehrere wichtige Umweltvorteile des Produkts im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffkassetten. Ein Vorteil hängt mit der Herkunft des Materials zusammen. Da wir mit biobasierten Materialien arbeiten, zeigen Berechnungen, dass im Vergleich zu Standard-Polypropylen, einem Produkt aus fossilen Brennstoffen, bis zu 49 Prozent der Kohlenstoffemissionen eingespart werden können.

Ein weiterer Grund betrifft das Ende des Produktlebenszyklus. Wenn eine herkömmliche Kunststoffkassette auf einer Mülldeponie landet, zerfällt sie in Mikroplastikpartikel und es dauert Tausende von Jahren, bis sie abgebaut ist.

Da sich unser Material für den Spritzguss eignet, können wir alle möglichen Formen von Kassetten herstellen. Zusammen mit dem IVD-Spritzgussunternehmen Shengfeng können wir nun eine umweltfreundliche Alternative anbieten, bei der die gesamte Infrastruktur der IVD-Industrie unverändert bleibt.

Auf welche Herausforderungen sind Sie bei der Entwicklung gestoßen?

Brus: Der mexikanische Produktdesigner Luis Fernando Barrios, Mitbegründer von Okos, entwarf 2020 das erste biologisch abbaubare Testkit. Wir haben das Problem der Plastikverschmutzung durch Diagnostika früh erkannt und eine Lösung aus Zellulose-Zellstoff angeboten. Allerdings stellten wir bald fest, dass die aus diesem Material hergestellten Kassetten nicht skalierbar und für den Endverbrauchenden nicht erschwinglich sein würden. Die Suche nach dem richtigen Material war daher anfangs mit einigen Hürden verbunden. Der Faktor der Massenskalierbarkeit ist entscheidend und muss gleich zu Beginn des Prozesses berücksichtigt werden. Denn wenn das Produkt nicht in der Masse skalierbar ist, wäre es keine realistische Alternative für die IVD-Industrie.

Ein weiterer Punkt war der Nachweis, dass es bei der Genauigkeit des Tests keine Abstriche gibt. Das klingt zwar logisch, aber da das Gehäuse den Papierstreifen schützt, muss es unbedingt berücksichtigt werden.

Darüber hinaus muss die IVD-Industrie davon überzeugt werden, einen umweltfreundlicheren Weg einzuschlagen. Aufgrund der Pandemie und des dadurch verursachten Abfalls wurde deutlich, dass diese Branche Nachhaltigkeit als einen zentralen Aspekt betrachten muss. Daher freuen wir uns auch über die Zusammenarbeit mit Microprofit Biotech, einem IVD-Unternehmen, das unsere Kassette in sein Produkt integriert hat.

Welche Zukunftspläne haben Sie für ecoFluorecare in Bezug auf die Ausweitung der Verfügbarkeit und die mögliche Integration weiterer nachhaltiger Maßnahmen in den Lebenszyklus der Produktion?

Brus: Unser Ziel ist es, umweltfreundliche Kassetten zum Standard in der Branche zu machen. Wir möchten mit vielen IVD-Firmen zusammenarbeiten und ihren Produkten diesen nachhaltigen Aspekt hinzufügen. Es wird erwartet, dass der Markt für Lateral-Flow-Assays in drei Jahren auf 27 Milliarden Dollar anwachsen wird, das heißt, es gibt ein großes Potenzial für neue Produkte in den aufstrebenden Märkten (Tumormarker, Hormone, Infektionskrankheiten).

Darüber hinaus wollen wir andere Einweg-Plastikkomponenten eines Testkits ersetzen, beispielsweise Nasenabstriche. In einem Versuch haben wir bereits den Kunststoffstab durch biobasierte Materialien ersetzt. Wir wollen Schritt für Schritt zeigen, dass Nachhaltigkeit durch kleine, aber intelligente Innovationen erreicht werden kann.

Angesichts der weltweiten Nachfrage nach diagnostischen Schnelltests, wie könnte ecoFluorecare Ihrer Meinung nach zu einer nachhaltigeren Gesundheitsversorgung beitragen?

Brus: Unser Fokus liegt verstärkt auf den Entwicklungsländern. Da es dort oft an zentralen Labortests mangelt und Infektionskrankheiten häufiger auftreten, ist es ein wichtiger Markt für Point-of-Care-Tests. Obwohl Plastikmüll ein globales Problem ist, gerät der Plastikmüll in Afrika außer Kontrolle. Derzeit wird in den afrikanischen Ländern südlich der Sahara jede Minute so viel Plastikmüll entsorgt oder verbrannt, dass man damit ein ganzes Fußballfeld bedecken könnte.

Wie war die Resonanz von medizinischen Fachkräften und Einrichtungen auf die Einführung von ecoFluorecare?

Brus: Bis jetzt waren die Reaktionen auf ecoFluorecare sehr gut. Wir sind sehr froh, dass wir feststellen konnten, dass viele Menschen in der Medizinbranche, die sich für Point-of-Care-Tests begeistern, gleichzeitig auch genug haben vom Abfall, der dabei entsteht. Daher sind sie von innovativen Lösungen wie ecoFluorecare begeistert. Dies gilt für Einrichtungen in der ganzen Welt, aber vor allem in Europa führt diese Begeisterung derzeit zu konkreten Aufträgen und Partnerschaften. In Europa besteht ein großes Interesse an umweltfreundlichen Alternativen, und in einigen europäischen Ländern ist Nachhaltigkeit sogar ein Faktor bei der Vergabe von nationalen Ausschreibungen.