Uusi pöytälaite tunnistaa nopeasti SARS-CoV-2:n syljenäytteistä

Osoitimme, että alustamme voidaan ohjelmoida havaitsemaan uusia muunnelmia, ja että voisimme käyttää sitä nopeasti uudelleen. Tässä tutkimuksessa Kohdistimme Ison -Britannian, Eteläafrikkalainen, ja brasilialaisia ​​variantteja, mutta voit helposti mukauttaa diagnostiikkaympäristön vastaamaan Delta -versiota ja muita kehitteillä olevia. "

James Collins, Termeer, lääketieteen tekniikan ja tieteen professori MIT:n lääketieteellisen tekniikan instituutissa (IMES) ja biologisen tekniikan laitoksella

Uusi diagnoosi, joka perustuu CRISPR -tekniikkaan, voidaan koota noin 15 dollarilla, mutta nämä kustannukset voivat laskea merkittävästi, jos laitteet valmistetaan laajamittaisesti, tutkijat sanovat.

Collins on uuden tutkimuksen vanhempi kirjoittaja, joka ilmestyy tänään Tiede etenee . Lehden pääkirjailijat ovat Helena de Puig, postdoc Harvardin yliopiston Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering; Rose Lee, pediatrian opettaja Bostonin lastensairaalassa ja Beth Israel Deaconess Medical Centerissä ja vieraileva jäsen Wyss -instituutissa; Devora Najjar, jatko -opiskelija MIT:n Media Labissa; ja Xiao Tan, kliininen tutkija Wyss -instituutissa ja gastroenterologian ohjaaja Massachusetts General Hospitalissa.

Itsenäinen diagnoosi

Uusi diagnoosi perustuu SHERLOCKiin, CRISPR-pohjainen työkalu, jonka Collins ja muut raportoivat ensimmäisen kerran vuonna 2017. Järjestelmän komponentteihin kuuluu RNA-opasjuoste, joka mahdollistaa tiettyjen kohde-RNA-sekvenssien havaitsemisen, ja Cas -entsyymit, jotka katkaisevat nämä sekvenssit ja tuottavat fluoresoivan signaalin. Kaikki nämä molekyylikomponentit voidaan pakastekuivata pitkäaikaista varastointia varten ja aktivoida uudelleen, kun ne altistetaan vedelle.

Viime vuonna, Collinsin laboratorio aloitti tämän tekniikan mukauttamisen SARS-CoV-2-viruksen havaitsemiseksi, toivoen, että he voisivat suunnitella diagnostisen laitteen, joka voisi tuottaa nopeita tuloksia ja jota voitaisiin käyttää vain vähän tai ei lainkaan asiantuntemusta. He myös halusivat sen toimivan syljenäytteiden kanssa, helpottaa sitä entisestään.

Sen saavuttamiseksi, tutkijoiden oli sisällytettävä kriittinen esikäsittelyvaihe, joka poistaa syljenukleaaseiksi kutsutut entsyymit, jotka tuhoavat nukleiinihappoja, kuten RNA:ta. Kun näyte menee laitteeseen, nukleaasit inaktivoidaan lämmöllä ja kahdella kemiallisella reagenssilla. Sitten, virus -RNA uutetaan ja konsentroidaan johtamalla sylki kalvon läpi.

"Tämä kalvo oli avainasemassa nukleiinihappojen keräämisessä ja keskittämisessä, jotta voimme saada tämän diagnostiikan osoittaman herkkyyden, "Lee sanoo.

Tämä RNA-näyte altistetaan kylmäkuivatulle CRISPR/Cas-komponentille, jotka aktivoidaan lävistämällä automaattisesti suljetut vesipakkaukset laitteen sisällä. Yhden potin reaktio vahvistaa RNA-näytteen ja havaitsee sitten kohde-RNA-sekvenssin, jos läsnä.

"Tavoitteenamme oli luoda täysin itsenäinen diagnoosi, joka ei vaadi muita laitteita, "Tan sanoo." Pohjimmiltaan potilas sylkee tähän laitteeseen, ja sitten painat mäntää alas ja saat vastauksen tunnin kuluttua. "

Tutkijat suunnittelivat laitteen, jota he kutsuvat minimaalisinstrumenttiseksi SHERLOCKiksi (miSHERLOCK), niin, että siinä voi olla enintään neljä moduulia, joista jokainen etsii eri kohde -RNA -sekvenssiä. Alkuperäinen moduuli sisältää RNA-ohjainlankoja, jotka havaitsevat SARS-CoV-2-kannan. Muut moduulit ovat spesifisiä mutaatioille, jotka liittyvät joihinkin viime vuoden aikana syntyneisiin variantteihin, mukaan lukien B.1.1.7, P.1, ja B.1.351.

Delta -muunnelma ei ollut vielä yleinen, kun tutkijat tekivät tämän tutkimuksen, mutta koska järjestelmä on jo rakennettu, He sanovat, että pitäisi olla yksinkertaista suunnitella uusi moduuli tämän muunnoksen havaitsemiseksi. Järjestelmä voidaan myös helposti ohjelmoida seuraamaan uusia mutaatioita, jotka voivat tehdä viruksesta tarttuvamman.

"Jos haluat tehdä laajemman epidemiologisen tutkimuksen, voit suunnitella määrityksiä ennen huolta aiheuttavan mutaation esiintymistä populaatiossa, seurata piikkiproteiinin mahdollisesti vaarallisia mutaatioita, "Najjar sanoo.

Seurantavaihtoehdot

Tutkijat testasivat ensin laitettaan ihmisen syljellä, johon oli lisätty synteettisiä SARS-CoV-2-RNA-sekvenssejä, ja sitten noin 50 näytteellä potilailta, jotka olivat saaneet viruksen positiivisen testin. He havaitsivat, että laite oli yhtä tarkka kuin nyt käytetyt kultastandardit PCR -testit, jotka vaativat nenäpyyhkeitä ja vievät enemmän aikaa ja huomattavasti enemmän laitteistoa ja näytteenkäsittelyä tulosten saamiseksi.

Laite tuottaa fluoresoivan lukeman, joka voidaan nähdä paljaalla silmällä, ja tutkijat suunnittelivat myös älypuhelinsovelluksen, joka voi lukea tulokset ja lähettää ne kansanterveysosastoille helpompaa seurantaa varten.

Tutkijat uskovat, että heidän laitteensa voidaan valmistaa jopa 2–3 dollarin kustannuksella laitetta kohti. Jos FDA hyväksyy sen ja valmistetaan suuressa mittakaavassa, he kuvittelevat, että tällainen diagnoosi voisi olla hyödyllinen joko ihmisille, jotka haluavat testata kotona, tai terveyskeskuksissa alueilla, joilla ei ole laajaa pääsyä PCR-testaukseen tai SARS-CoV-2-varianttien geneettiseen sekvensointiin.

"Kyky havaita ja seurata näitä variantteja on välttämätön tehokkaan kansanterveyden kannalta, mutta valitettavasti, variantteja diagnosoidaan tällä hetkellä vain nukleiinihapposekvensoinnilla erikoistuneissa epidemiologisissa keskuksissa, joita on niukasti jopa resurssirikkaissa maissa, "de Puig sanoo.

• Tutkimus esittelee uuden lähestymistavan aivojen ikääntymisen kääntämiseksi suolen mikrobien kautta
• Uusi CRISPR-pohjainen diagnostinen testi havaitsee COVID-19-variantit syljenäytteistä