Nu, forskere ved Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University, Massachusetts Institute of Technology (MIT), og flere hospitaler i Boston-området har skabt en billig, CRISPR-baseret diagnostisk test, der giver brugerne mulighed for at teste sig selv for SARS-CoV-2 og flere varianter af virussen ved hjælp af en prøve af deres spyt derhjemme, uden ekstra instrumentering nødvendig.
Diagnosticeringsenheden, kaldet Minimally Instrumented SHERLOCK (miSHERLOCK), er let at bruge og giver resultater, der kan læses og verificeres af en ledsagende smartphone -app inden for en time. Det adskilte med succes mellem tre forskellige varianter af SARS-CoV-2 i eksperimenter, og kan hurtigt omkonfigureres til at detektere yderligere varianter som Delta. Enheden kan samles ved hjælp af en 3D -printer og almindeligt tilgængelige komponenter til omkring $ 15, og genbrug af hardwaren bringer omkostningerne ved individuelle analyser ned på $ 6 hver.
miSHERLOCK eliminerer behovet for at transportere patientprøver til et centraliseret teststed og forenkler prøveforberedelsestrinene i høj grad, give patienter og læger en hurtigere, et mere præcist billede af individets og samfundets sundhed, hvilket er kritisk under en pandemi i udvikling. "
Helena de Puig, Ph.d., Medforfatter, Postdoktor, Wyss Institute og MIT
Diagnosticeringsenheden er beskrevet i et papir, der blev offentliggjort i dag i Videnskab fremskridt .
Som instruktør i pædiatri på Boston Children's Hospital med speciale i infektionssygdomme, co-første forfatter Rose Lee, M.D. har arbejdet på frontlinjen for COVID-19-pandemien i over et år. Hendes oplevelser i klinikken gav inspiration til det projekt, der i sidste ende ville blive miSHERLOCK.
"Enkle ting, der før var allestedsnærværende på hospitalet, som nasopharyngeale vatpinde, pludselig var svære at få, så rutinemæssige prøvebehandlingsprocedurer blev afbrudt, hvilket er et stort problem i en pandemisk setting, "sagde Lee, som også er besøgsmedarbejder ved Wyss Institute. "Vores teams motivation for dette projekt var at fjerne disse flaskehalse og levere præcis diagnostik af COVID-19 med mindre afhængighed af globale forsyningskæder, og kunne også nøjagtigt opdage de varianter, der begyndte at dukke op. "
For SARS-CoV-2-detektionsstykket i deres diagnostik, gruppen henvendte sig til en CRISPR-baseret teknologi skabt i laboratoriet af Wyss Core Faculty-medlem og seniorpapirforfatter Jim Collins, Ph.d. kaldet "specifik højfølsom enzymatisk reporterlåsning" (SHERLOCK). SHERLOCK gør brug af CRISPRs "molekylære saks" til at klippe DNA eller RNA på bestemte steder, med en ekstra bonus:Denne specifikke saks skærer også andre stykker DNA i det omkringliggende område, tillader det at blive konstrueret med nukleinsyresondemolekyler til at producere et signal, der angiver, at målet er blevet skåret med succes.
Forskerne oprettede en SHERLOCK-reaktion designet til at skære SARS-CoV-2 RNA i en bestemt region af et gen kaldet Nucleoprotein, der er bevaret på tværs af flere varianter af viruset. Når den molekylære sakse - et enzym kaldet Cas12a - med succes binder til og skærer nukleoprotein -genet, enkeltstrengede DNA-prober skæres også, producerer et fluorescerende signal. De skabte også yderligere SHERLOCK-assays designet til at målrette mod et panel af virale mutationer i Spike-proteinsekvenser, der repræsenterer tre genetiske SARS-CoV-2-varianter:Alpha, Beta, og Gamma.
Bevæbnet med assays, der pålideligt kunne påvise viralt RNA inden for det accepterede koncentrationsområde for FDA-godkendte diagnostiske tests, Holdet fokuserede derefter deres bestræbelser på at løse det, der uden tvivl er den vanskeligste udfordring inden for diagnostik:prøveforberedelse.
"Når du tester en prøve for nukleinsyrer [som DNA eller RNA], der er mange trin, du skal gøre for at forberede prøven, så du faktisk kan ekstrahere og forstærke disse nukleinsyrer. Du skal beskytte prøven, mens den er i transit til testfaciliteten, og sørg også for, at det ikke er smitsomt, hvis du har at gøre med en overførbar sygdom. For at gøre dette til en virkelig let at bruge diagnostisk test, det var vigtigt for os at forenkle det så meget som muligt, "sagde co-første forfatter Xiao Tan, M.D., Ph.d., en klinisk stipendiat ved Wyss Institute og Instructor of Medicine in Gastroenterology på Massachusetts General Hospital.
Teamet valgte at bruge spyt i stedet for nasopharyngeal podningsprøver som deres opsamlingsmetode, fordi det er lettere for brugerne at indsamle spyt, og undersøgelser har vist, at SARS-CoV-2 kan påvises i spyt i et større antal dage efter infektion. Men uforarbejdet spyt byder på sine egne udfordringer:det indeholder enzymer, der nedbryder forskellige molekyler, producerer en høj grad af falske positiver.
Forskerne udviklede en ny teknik til at løse dette problem. Først, de tilføjede to kemikalier kaldet DTT og EGTA til spyt og opvarmede prøven til 95 ° C i 3 minutter, som eliminerede det falske positive signal fra det ubehandlede spyt og åbnede eventuelle virale partikler. De inkorporerede derefter en porøs membran, der var konstrueret til at fange RNA på dens overflade, som endelig kunne føjes direkte til SHERLOCK -reaktionen for at generere et resultat.
For at integrere spytprøveforberedelsen og SHERLOCK -reaktionen i en diagnostisk, teamet designede en simpel batteridrevet enhed med to kamre:et opvarmet prøveforberedelseskammer, og et uopvarmet reaktionskammer. En bruger spytter ind i prøveforberedelseskammeret, tænder for varmen, og venter tre til seks minutter på, at spytet bliver ondt ind i filteret. Brugeren fjerner filteret og overfører det til reaktionskammerkolonnen, skubber derefter et stempel, der aflejrer filteret i kammeret og punkterer et vandreservoir for at aktivere SHERLOCK -reaktionen. 55 minutter senere, brugeren kigger gennem det tonede transilluminatorvindue ind i reaktionskammeret og bekræfter tilstedeværelsen af et fluorescerende signal. De kan også bruge en ledsagende smartphone -app, der analyserer de pixels, der registreres af smartphonens kamera for at give en klar positiv eller negativ diagnose.
Forskerne testede deres diagnostiske enhed ved hjælp af kliniske spytprøver fra 27 COVID-19 patienter og 21 raske patienter, og fandt ud af, at miSHERLOCK korrekt identificerede COVID-19-positive patienter 96% af tiden og patienter uden sygdom 95% af tiden. De testede også dens ydeevne mod Alpha, Beta, og Gamma SARS-CoV-2-varianter ved at øge sundt menneskeligt spyt med syntetisk viralt RNA i fuld længde indeholdende mutationer, der repræsenterer hver variant, og fandt ud af, at enheden var effektiv på tværs af en række virale RNA -koncentrationer.
"En af de store ting ved miSHERLOCK er, at den er helt modulær. Selve enheden er adskilt fra analyserne, så du kan tilslutte forskellige assays til den specifikke sekvens af RNA eller DNA, du forsøger at opdage, "sagde co-første forfatter Devora Najjar, en forskningsassistent på MIT Media Lab og i Collins Lab. "Enheden koster omkring $ 15, men masseproduktion ville bringe boligen ned til omkring $ 3. Assays for nye mål kan oprettes om cirka to uger, muliggøre en hurtig udvikling af tests for nye varianter af COVID-19 og andre sygdomme. "
MiSHERLOCK-teamet oprettede deres enhed med lav ressourceindstillinger i tankerne, da pandemien har belyst de store uligheder i adgang til sundhedsydelser, der findes mellem forskellige dele af verden. Enhedens hardware kan bygges af alle med adgang til en 3D -printer, og filerne og kredsløbsdesignerne er alle offentligt tilgængelige online. Tilføjelsen af en smartphone-app var også rettet mod ressourcebegrænsede indstillinger, da mobiltelefontjeneste er tilgængelig stort set overalt i verden, selv i områder, der er svære at nå til fods. Teamet er ivrig efter at arbejde med producenter, der er interesseret i at producere miSHERLOCK i stor skala til global distribution.
"Da miSHERLOCK -projektet startede, der skete næsten ingen SARS-CoV-2 variantovervågning. Vi vidste, at variantsporing ville være utrolig vigtig, når vi vurderede de langsigtede virkninger af COVID-19 på lokale og globale samfund, så vi pressede os selv til at skabe en virkelig decentraliseret, fleksibel, brugervenlig diagnostisk platform, "sagde Collins, som også er Termeer -professor i medicinsk teknik og videnskab ved MIT. "Ved at løse prøveforberedelsesproblemet, vi har sikret, at denne enhed er praktisk talt klar til at forbrugerne kan bruge som den er, og vi er glade for at samarbejde med industrielle partnere for at gøre det kommercielt tilgængeligt. "
"Ved at kombinere banebrydende bioteknologi med billige materialer, dette team har skabt en kraftfuld diagnostisk enhed, der kan fremstilles og bruges på lokalt plan af mennesker uden avancerede medicinske grader. Det er et perfekt eksempel på Wyss Institutes mission i aktion:at lægge livsforandrende innovationer i hænderne på mennesker, der har brug for dem, "sagde Wyss Founding Director Don Ingber, M.D., Ph.d., hvem er også Judah Folkman Professor i vaskulær biologi på Harvard Medical School og Boston Children's Hospital, og professor i bioingeniør ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
Kaffe hjælper med at udvikle sunde tarmmikrober og hjælper afføring
Patienter på immunterapier bør indtage mere fiber,
Tarmmikrober i hvepse hjælper med at overvinde pesticider
Gamle primatmikrobiomer kan give mere information om menneskelig udvikling
Bestemmelse af syre-neutraliserende kapacitet for OTC antacida
Fækal transplantation fra visse donorer bedre end andre
Usund tarmmikrobiom reducerer synaptisk beskæring af hjernen,
forringer læring En ny undersøgelse af Weill Cornell Medicine og Cornell University er kommet med flere forklaringer på, hvordan tarmmikrober kommunikerer med hjernens neuroner. Studiet, offentliggjor
Mikrober forbundet med hjerteanfald finder undersøgelse
En undersøgelse afsløret på ESC Congress 2019, der blev afholdt i Paris sidste weekend, afslører, at unormal mikrobepopulation i kroppen kan føre til forringelse af de stabile koronarplakker og føre d
Lidt bevis for mRNA COVID-19 vaccine-associeret trombocytopeni,
foreslår ny FDA -undersøgelse Selv da et væld af vacciner er blevet rullet ud for at imødegå pandemien med coronavirus-sygdommen 2019 (COVID-19), nogle alvorlige bivirkninger er blevet rapporteret, i