Ny bordplade kan hurtigt opdage SARS-CoV-2 fra spytprøver

Ingeniører ved MIT og Harvard University har designet en lille bordplade, der kan detektere SARS-CoV-2 fra en spytprøve på cirka en time. I en ny undersøgelse, de viste, at diagnosen er lige så præcis som de PCR -test, der nu bruges.

Enheden kan også bruges til at detektere specifikke virale mutationer knyttet til nogle af de SARS-CoV-2-varianter, der nu cirkulerer. Dette resultat kan også opnås inden for en time, muligvis gør det meget lettere at spore forskellige varianter af virussen, især i regioner, der ikke har adgang til genetiske sekventeringsfaciliteter.

Vi demonstrerede, at vores platform kan programmeres til at opdage nye varianter, der dukker op, og at vi kunne genanvende det ret hurtigt. I dette studie, vi målrettede Storbritannien, Sydafrikansk, og brasilianske varianter, men du kan let tilpasse diagnoseplatformen til at adressere Delta -varianten og andre, der dukker op. "

James Collins, Termeer -professor i medicinsk teknik og videnskab i MIT's Institute for Medical Engineering and Science (IMES) og Institut for Biologisk Teknik

Den nye diagnostik, som er afhængig af CRISPR -teknologi, kan samles for omkring $ 15, men disse omkostninger kunne falde betydeligt, hvis enhederne blev produceret i stor skala, siger forskerne.

Collins er seniorforfatter af den nye undersøgelse, som vises i dag i Videnskab fremskridt . Papirets hovedforfattere er Helena de Puig, en postdoc ved Harvard University's Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering; Rose Lee, en instruktør i pædiatri på Boston Children's Hospital og Beth Israel Deaconess Medical Center og en besøgsmedarbejder ved Wyss Institute; Devora Najjar, en kandidatstuderende i MIT's Media Lab; og Xiao Tan, en klinisk stipendiat ved Wyss Institute og en instruktør i gastroenterologi på Massachusetts General Hospital.

En selvstændig diagnose

Den nye diagnose er baseret på SHERLOCK, et CRISPR-baseret værktøj, som Collins og andre først rapporterede i 2017. Komponenter i systemet inkluderer en RNA-guide-streng, der tillader detektion af specifikke mål-RNA-sekvenser, og Cas -enzymer, der spalter disse sekvenser og producerer et fluorescerende signal. Alle disse molekylære komponenter kan frysetørres til langtidsopbevaring og reaktiveres ved udsættelse for vand.

Sidste år, Collins 'laboratorium begyndte at arbejde med at tilpasse denne teknologi til at opdage SARS-CoV-2-virussen, i håb om, at de kunne designe en diagnostisk enhed, der kunne give hurtige resultater og betjenes med ringe eller ingen ekspertise. De ville også have det til at fungere med spytprøver, gør det endnu lettere for brugerne.

For at opnå det, forskerne måtte indarbejde et kritisk forbehandlingstrin, der deaktiverer enzymer kaldet spytnukleaser, som ødelægger nukleinsyrer, såsom RNA. Når prøven går ind i enheden, nukleaserne inaktiveres af varme og to kemiske reagenser. Derefter, viralt RNA ekstraheres og koncentreres ved at føre spytet gennem en membran.

"Denne membran var nøglen til at indsamle nukleinsyrerne og koncentrere dem, så vi kan få den følsomhed, vi viser med denne diagnostiske, "Siger Lee.

Denne RNA-prøve udsættes derefter for frysetørrede CRISPR/Cas-komponenter, som aktiveres ved automatisk punktering af forseglede vandpakker inde i enheden. One-pot-reaktionen forstærker RNA-prøven og detekterer derefter mål-RNA-sekvensen, hvis den er til stede.

"Vores mål var at skabe en helt selvstændig diagnose, der ikke kræver andet udstyr, "Tan siger." Grundlæggende spytter patienten ind i denne enhed, og så skubber du et stempel ned, og du får et svar en time senere. "

Forskerne designede enheden, som de kalder minimalt instrumenteret SHERLOCK (miSHERLOCK), så det kan have op til fire moduler, der hver leder efter en anden mål -RNA -sekvens. Det originale modul indeholder RNA-guide-tråde, der registrerer enhver stamme af SARS-CoV-2. Andre moduler er specifikke for mutationer forbundet med nogle af de varianter, der er opstået i det forløbne år, herunder B.1.1.7, S.1, og B.1.351.

Delta -varianten var endnu ikke udbredt, da forskerne udførte denne undersøgelse, men fordi systemet allerede er bygget, de siger, at det burde være ligetil at designe et nyt modul til at opdage den variant. Systemet kan også let programmeres til at overvåge for nye mutationer, der kan gøre virussen mere smitsom.

"Hvis du vil lave mere af en bred epidemiologisk undersøgelse, du kan designe assays, før en mutation af bekymring optræder i en befolkning, at overvåge potentielt farlige mutationer i piggproteinet, "Siger Najjar.

Sporingsvarianter

Forskerne testede først deres enhed med menneskeligt spyt tilsat syntetiske SARS-CoV-2 RNA-sekvenser, og derefter med omkring 50 prøver fra patienter, der havde testet positivt for virussen. De fandt ud af, at enheden var lige så præcis som guldstandard -PCR -testene, der nu bruges, som kræver nasale vatpinde og tager mere tid og betydeligt mere hardware og prøvehåndtering for at give resultater.

Enheden producerer en fluorescerende aflæsning, der kan ses med det blotte øje, og forskerne designede også en smartphone -app, der kan læse resultaterne og sende dem til folkesundhedsafdelinger for lettere sporing.

Forskerne mener, at deres enhed kan produceres til en pris så lav som $ 2 til $ 3 pr. Enhed. Hvis godkendt af FDA og fremstillet i stor skala, de forestiller sig, at denne form for diagnostik kan være nyttig enten for folk, der ønsker at kunne teste derhjemme, eller på sundhedscentre i områder uden udbredt adgang til PCR-test eller genetisk sekventering af SARS-CoV-2-varianter.

"Evnen til at opdage og spore disse varianter er afgørende for effektiv folkesundhed, men desværre, varianter diagnosticeres i øjeblikket kun ved nukleinsyresekventering på specialiserede epidemiologiske centre, der er knappe, selv i ressourcerige nationer, "siger de Puig.

• Forskning introducerer en ny metode til at vende hjernens ældning via tarmmikrober
• Ny CRISPR-baseret diagnostisk test påviser COVID-19-varianter fra spytprøver