Новое настольное устройство может быстро обнаружить SARS-CoV-2 в образцах слюны

Инженеры Массачусетского технологического института и Гарвардского университета разработали небольшое настольное устройство, которое может обнаруживать SARS-CoV-2 в образце слюны примерно за час. В новом исследовании они показали, что диагностика так же точна, как и используемые сейчас тесты ПЦР.

Устройство также можно использовать для обнаружения специфических вирусных мутаций, связанных с некоторыми из распространенных сейчас вариантов SARS-CoV-2. Такой результат тоже можно получить в течение часа, потенциально упрощает отслеживание различных вариантов вируса, особенно в регионах, где нет доступа к средствам генетического секвенирования.

<цитата>

Мы продемонстрировали, что нашу платформу можно запрограммировать на обнаружение новых возникающих вариантов, и что мы можем довольно быстро его перепрофилировать. В этом исследовании, мы нацелены на Великобританию, Южноафриканский, и бразильские варианты, но вы можете легко адаптировать диагностическую платформу для решения Дельта-варианта и других возникающих ».

Джеймс Коллинз, Термеер, профессор медицинской инженерии и науки в Институте медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института (IMES) и Департаменте биологической инженерии

Новая диагностика, который основан на технологии CRISPR, можно собрать примерно за 15 долларов, но эти затраты могли бы значительно снизиться, если бы устройства производились в больших масштабах, говорят исследователи.

Коллинз - старший автор нового исследования, который появляется сегодня в Достижения науки . Ведущие авторы статьи - Хелена де Пуч, постдоктор Института биологической инженерии Висса Гарвардского университета; Роуз Ли, преподаватель педиатрии в Бостонской детской больнице и Медицинском центре диаконис Бет Исраэль, а также приглашенный научный сотрудник Института Висс; Девора Наджар, аспирант Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института; и Сяо Тан, клинический сотрудник Института Висса и инструктор по гастроэнтерологии в Массачусетской больнице общего профиля.

Автономная диагностика

Новая диагностика основана на SHERLOCK, инструмент на основе CRISPR, о котором Коллинз и другие впервые сообщили в 2017 году. Компоненты системы включают направляющую цепь РНК, которая позволяет обнаруживать определенные последовательности целевой РНК, и ферменты Cas, которые расщепляют эти последовательности и производят флуоресцентный сигнал. Все эти молекулярные компоненты можно сушить вымораживанием для длительного хранения и реактивировать под воздействием воды.

В прошлом году, Лаборатория Коллинза начала работать над адаптацией этой технологии для обнаружения вируса SARS-CoV-2, надеясь, что они смогут разработать диагностическое устройство, которое даст быстрые результаты и будет работать с небольшим опытом или без него. Они также хотели, чтобы он работал с образцами слюны, делая это еще проще для пользователей.

Для этого исследователям пришлось включить важный этап предварительной обработки, который отключает ферменты, называемые нуклеазами слюны, которые разрушают нуклеиновые кислоты, такие как РНК. Как только образец попадает в устройство, нуклеазы инактивируются нагреванием и двумя химическими реагентами. Потом, вирусная РНК извлекается и концентрируется путем прохождения слюны через мембрану.

«Эта мембрана была ключом к сбору нуклеиновых кислот и их концентрации, чтобы мы могли получить чувствительность, которую мы демонстрируем с помощью этой диагностики, "Ли говорит.

Затем этот образец РНК подвергается воздействию лиофилизированных компонентов CRISPR / Cas, которые активируются путем автоматического прокалывания запечатанных пакетов с водой внутри устройства. В однореакторной реакции образец РНК амплифицируется, а затем определяется последовательность РНК-мишени, если представить.

«Наша цель состояла в том, чтобы создать полностью автономную диагностику, не требующую другого оборудования, - говорит Тан. - По сути, пациент плюется в это устройство, а затем вы нажимаете на поршень и через час получаете ответ ".

Исследователи разработали устройство, который они называют минимально оснащенным SHERLOCK (miSHERLOCK), так что он может иметь до четырех модулей, каждый из которых ищет свою последовательность целевой РНК. Исходный модуль содержит направляющие цепи РНК, которые обнаруживают любой штамм SARS-CoV-2. Другие модули относятся к мутациям, связанным с некоторыми вариантами, возникшими в прошлом году, включая B.1.1.7, Ч.1, и B.1.351.

Вариант Дельта еще не был широко распространен, когда исследователи проводили это исследование. но поскольку система уже построена, они говорят, что разработать новый модуль для обнаружения этого варианта должно быть несложно. Систему также можно легко запрограммировать для отслеживания новых мутаций, которые могут сделать вирус более заразным.

"Если вы хотите провести более широкое эпидемиологическое исследование, вы можете разработать тесты до того, как вызывающая озабоченность мутация появится в популяции, для отслеживания потенциально опасных мутаций в спайковом белке, "- говорит Наджар.

Варианты отслеживания

Исследователи сначала протестировали свое устройство на человеческой слюне, содержащей синтетические последовательности РНК SARS-CoV-2. а затем около 50 образцов от пациентов, у которых был положительный результат теста на вирус. Они обнаружили, что устройство было таким же точным, как и используемые сейчас золотые стандартные тесты ПЦР. которые требуют мазков из носа и требуют больше времени и значительно больше оборудования и обработки образцов для получения результатов.

Устройство выдает флуоресцентные данные, которые можно увидеть невооруженным глазом. Кроме того, исследователи разработали приложение для смартфонов, которое может считывать результаты и отправлять их в отделы здравоохранения для более удобного отслеживания.

Исследователи считают, что их устройство может быть произведено по цене от 2 до 3 долларов за устройство. Если одобрено FDA и произведено в больших масштабах, они предполагают, что этот вид диагностики может быть полезен либо для людей, которые хотят иметь возможность пройти тестирование дома, или в медицинских центрах в районах, где нет широкого доступа к ПЦР или генетическому секвенированию вариантов SARS-CoV-2.

"Способность обнаруживать и отслеживать эти варианты имеет важное значение для эффективного общественного здравоохранения, но, к сожалению, варианты в настоящее время диагностируются только путем секвенирования нуклеиновых кислот в специализированных эпидемиологических центрах, которых мало даже в странах, богатых ресурсами, "говорит де Пуч.

• Исследования представляют новый подход к обращению вспять старения мозга с помощью кишечных микробов.
• Новый диагностический тест на основе CRISPR обнаруживает варианты COVID-19 в образцах слюны