Il nuovo dispositivo da tavolo può rilevare rapidamente SARS-CoV-2 da campioni di saliva

Gli ingegneri del MIT e dell'Università di Harvard hanno progettato un piccolo dispositivo da tavolo in grado di rilevare il SARS-CoV-2 da un campione di saliva in circa un'ora. In un nuovo studio, hanno dimostrato che la diagnostica è altrettanto accurata dei test PCR ora utilizzati.

Il dispositivo può anche essere utilizzato per rilevare specifiche mutazioni virali legate ad alcune delle varianti SARS-CoV-2 che ora sono in circolazione. Questo risultato può essere ottenuto anche entro un'ora, potenzialmente rendendo molto più facile tracciare diverse varianti del virus, soprattutto nelle regioni che non hanno accesso alle strutture di sequenziamento genetico.

Abbiamo dimostrato che la nostra piattaforma può essere programmata per rilevare nuove varianti che emergono, e che potremmo riutilizzarlo abbastanza rapidamente. In questo studio, abbiamo preso di mira il Regno Unito, Sudafricano, e varianti brasiliane, ma potresti facilmente adattare la piattaforma diagnostica per affrontare la variante Delta e altre che stanno emergendo".

James Collins, il Termeer Professor of Medical Engineering and Science presso l'Institute for Medical Engineering and Science (IMES) del MIT e il Dipartimento di Ingegneria Biologica

La nuova diagnostica che si affida alla tecnologia CRISPR, può essere assemblato per circa $ 15, ma quei costi potrebbero diminuire significativamente se i dispositivi fossero prodotti su larga scala, dicono i ricercatori.

Collins è l'autore senior del nuovo studio, che appare oggi in Progressi scientifici . Gli autori principali del documento sono Helena de Puig, un postdoc al Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard; Rosa Lee, un istruttore in pediatria al Boston Children's Hospital e al Beth Israel Deaconess Medical Center e un visiting fellow al Wyss Institute; Devora Najjar, uno studente laureato al Media Lab del MIT; e Xiao Tan, un borsista clinico presso il Wyss Institute e un istruttore in gastroenterologia presso il Massachusetts General Hospital.

Una diagnostica autonoma

La nuova diagnostica si basa su SHERLOCK, uno strumento basato su CRISPR che Collins e altri hanno segnalato per la prima volta nel 2017. I componenti del sistema includono un filo guida dell'RNA che consente il rilevamento di specifiche sequenze di RNA bersaglio, e Cas enzimi che scindono quelle sequenze e producono un segnale fluorescente. Tutti questi componenti molecolari possono essere liofilizzati per la conservazione a lungo termine e riattivati ​​dopo l'esposizione all'acqua.

L'anno scorso, Il laboratorio di Collins ha iniziato a lavorare sull'adattamento di questa tecnologia per rilevare il virus SARS-CoV-2, sperando di poter progettare un dispositivo diagnostico in grado di produrre risultati rapidi ed essere utilizzato con poca o nessuna esperienza. Volevano anche che funzionasse con campioni di saliva, rendendo ancora più facile per gli utenti.

Per ottenere ciò, i ricercatori hanno dovuto incorporare una fase critica di pre-elaborazione che disabilita gli enzimi chiamati nucleasi salivari, che distruggono gli acidi nucleici come l'RNA. Una volta che il campione entra nel dispositivo, le nucleasi sono inattivate dal calore e da due reagenti chimici. Quindi, L'RNA virale viene estratto e concentrato facendo passare la saliva attraverso una membrana.

"Quella membrana è stata la chiave per raccogliere gli acidi nucleici e concentrarli in modo da poter ottenere la sensibilità che stiamo mostrando con questa diagnostica, "dice Lee.

Questo campione di RNA viene quindi esposto a componenti CRISPR/Cas liofilizzati, che vengono attivati ​​dalla perforazione automatizzata di pacchetti d'acqua sigillati all'interno del dispositivo. La reazione one-pot amplifica il campione di RNA e quindi rileva la sequenza di RNA bersaglio, se presente.

"Il nostro obiettivo era creare una diagnostica completamente autonoma che non richiedesse altre apparecchiature, " dice Tan. "Essenzialmente il paziente sputa in questo dispositivo, e poi premi uno stantuffo e ottieni una risposta un'ora dopo."

I ricercatori hanno progettato il dispositivo, che chiamano SHERLOCK minimamente strumentato (miSHERLOCK), in modo che possa avere fino a quattro moduli che cercano ciascuno una sequenza di RNA bersaglio diversa. Il modulo originale contiene filamenti guida di RNA che rilevano qualsiasi ceppo di SARS-CoV-2. Altri moduli sono specifici per le mutazioni associate ad alcune delle varianti che sono emerse nell'ultimo anno, compreso B.1.1.7, P.1, e B.1.351.

La variante Delta non era ancora molto diffusa quando i ricercatori hanno eseguito questo studio, ma poiché il sistema è già costruito, dicono che dovrebbe essere semplice progettare un nuovo modulo per rilevare quella variante. Il sistema potrebbe anche essere facilmente programmato per monitorare nuove mutazioni che potrebbero rendere il virus più infettivo.

"Se vuoi fare un'indagine epidemiologica più ampia, è possibile progettare test prima che appaia una mutazione preoccupante in una popolazione, per monitorare mutazioni potenzialmente pericolose nella proteina spike, " dice Najjar.

Varianti di monitoraggio

I ricercatori hanno prima testato il loro dispositivo con saliva umana addizionata di sequenze sintetiche di RNA SARS-CoV-2, e poi con circa 50 campioni di pazienti risultati positivi al virus. Hanno scoperto che il dispositivo era accurato tanto quanto i test PCR gold standard ora utilizzati, che richiedono tamponi nasali e richiedono più tempo e molto più hardware e gestione dei campioni per ottenere risultati.

Il dispositivo produce una lettura fluorescente che può essere vista ad occhio nudo, e i ricercatori hanno anche progettato un'app per smartphone in grado di leggere i risultati e inviarli ai dipartimenti di sanità pubblica per un monitoraggio più semplice.

I ricercatori ritengono che il loro dispositivo potrebbe essere prodotto a un costo compreso tra $ 2 e $ 3 per dispositivo. Se approvato dalla FDA e prodotto su larga scala, prevedono che questo tipo di diagnostica potrebbe essere utile sia per le persone che vogliono poter eseguire il test a casa, o nei centri sanitari in aree senza un accesso diffuso ai test PCR o al sequenziamento genetico delle varianti SARS-CoV-2.

"La capacità di rilevare e tracciare queste varianti è essenziale per un'efficace salute pubblica, ma sfortunatamente, le varianti sono attualmente diagnosticate solo mediante il sequenziamento degli acidi nucleici presso centri epidemiologici specializzati che sono scarsi anche nelle nazioni ricche di risorse, "dice Puig.

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