Nové stolové zariadenie dokáže rýchlo detekovať SARS-CoV-2 zo vzoriek slín

Inžinieri z MIT a Harvardskej univerzity navrhli malé stolové zariadenie, ktoré dokáže detekovať SARS-CoV-2 zo vzorky slín približne za hodinu. V novej štúdii ukázali, že diagnostika je rovnako presná ako teraz používané testy PCR.

Zariadenie je možné použiť aj na detekciu špecifických vírusových mutácií spojených s niektorými variantmi SARS-CoV-2, ktoré teraz cirkulujú. Tento výsledok je možné dosiahnuť aj do hodiny, potenciálne výrazne uľahčuje sledovanie rôznych variantov vírusu, najmä v regiónoch, ktoré nemajú prístup k zariadeniam na genetické sekvenovanie.

Ukázali sme, že našu platformu je možné naprogramovať tak, aby detekovala nové varianty, ktoré sa objavia, a že by sme to mohli celkom rýchlo znova použiť. V tejto štúdii, zamerali sme sa na Veľkú Britániu, Juhoafrický, a brazílske varianty, ale diagnostickú platformu by ste mohli ľahko prispôsobiť tak, aby riešila variant Delta a ďalšie, ktoré sa objavujú. “

James Collins, Termeer profesor medicínskeho inžinierstva a vedy na Ústave zdravotníckeho inžinierstva a vedy (IMES) MIT a Katedre biologického inžinierstva

Nová diagnostika, ktorý sa spolieha na technológiu CRISPR, je možné zostaviť za približne 15 dolárov, ale tieto náklady by sa mohli výrazne znížiť, ak by sa zariadenia vyrábali vo veľkom rozsahu, hovoria vedci.

Collins je hlavným autorom novej štúdie, ktorý sa dnes objavuje v Pokroky vo vede . Hlavnými autormi príspevku sú Helena de Puig, postdoc na Wyssovom inštitúte pre biologicky inšpirované inžinierstvo na Harvardskej univerzite; Rose Lee, inštruktor pediatrie v Bostonskej detskej nemocnici a Beth Israel Deaconess Medical Center a hosťujúci pracovník vo Wyss Institute; Devora Najjar, postgraduálny študent v mediálnom laboratóriu MIT; a Xiao Tan, klinický pracovník vo Wyss Institute a inštruktor gastroenterológie vo všeobecnej nemocnici Massachusetts.

Samostatná diagnostika

Nová diagnostika je založená na SHERLOCK, nástroj založený na CRISPR, ktorý Collins a ďalší prvýkrát uviedli v roku 2017. Súčasti systému zahŕňajú vodiace vlákno RNA, ktoré umožňuje detekciu špecifických cieľových sekvencií RNA, a enzýmy Cas, ktoré tieto sekvencie štiepia a produkujú fluorescenčný signál. Všetky tieto molekulárne zložky môžu byť lyofilizované na dlhodobé skladovanie a reaktivované po vystavení vode.

Minulý rok, Collinsovo laboratórium začalo pracovať na úprave tejto technológie na detekciu vírusu SARS-CoV-2, dúfajúc, že ​​by mohli navrhnúť diagnostické zariadenie, ktoré by poskytlo rýchle výsledky a bolo by ho prevádzkovať s malou alebo žiadnou odbornosťou. Tiež chceli, aby fungoval so vzorkami slín, čo je pre užívateľov ešte jednoduchšie.

Aby sa to dosiahlo, vedci museli začleniť kritický krok predbežného spracovania, ktorý deaktivuje enzýmy nazývané slinné nukleázy, ktoré ničia nukleové kyseliny, ako je RNA. Akonáhle vzorka vstúpi do zariadenia, nukleázy sú inaktivované teplom a dvoma chemickými činidlami. Potom, vírusová RNA sa extrahuje a koncentruje prechodom slín cez membránu.

„Táto membrána bola kľúčová pre zber nukleových kyselín a ich koncentráciu, aby sme získali citlivosť, ktorú pri tejto diagnostike ukazujeme, “Hovorí Lee.

Táto vzorka RNA sa potom vystaví lyofilizovaným komponentom CRISPR/Cas, ktoré sa aktivujú automatickým prepichnutím zapečatených vodných balíčkov v zariadení. Reakcia v jednej nádobe amplifikuje vzorku RNA a potom detekuje cieľovú sekvenciu RNA, ak je prítomný.

„Našim cieľom bolo vytvoriť úplne samostatnú diagnostiku, ktorá nevyžaduje žiadne ďalšie vybavenie, „Hovorí Tan.“ Pacient v podstate pľuvne do tohto zariadenia, a potom stlačíš piest a o hodinu neskôr dostaneš odpoveď. “

Vedci navrhli zariadenie, ktoré nazývajú SHERLOCK s minimálnym prístrojom (miSHERLOCK), takže môže mať až štyri moduly, z ktorých každý hľadá inú cieľovú sekvenciu RNA. Pôvodný modul obsahuje vodiace vlákna RNA, ktoré detegujú akýkoľvek kmeň SARS-CoV-2. Ostatné moduly sú špecifické pre mutácie súvisiace s niektorými variantmi, ktoré sa objavili v minulom roku, vrátane B.1.1.7, P.1, a B.1.351.

Keď vedci vykonali túto štúdiu, variant Delta ešte nebol rozšírený, ale pretože systém je už postavený, hovoria, že by malo byť jednoduché navrhnúť nový modul na detekciu tohto variantu. Systém by sa dal tiež ľahko naprogramovať tak, aby monitoroval nové mutácie, ktoré by mohli spôsobiť väčšiu infekčnosť vírusu.

„Ak chcete urobiť viac zo širokého epidemiologického prieskumu, môžete navrhnúť testy skôr, ako sa v populácii prejaví znepokojujúca mutácia, monitorovať potenciálne nebezpečné mutácie v špičkovom proteíne, “Hovorí Najjar.

Varianty sledovania

Vedci najskôr testovali svoje zariadenie s ľudskými slinami obohatenými o syntetické sekvencie RNA SARS-CoV-2, a potom s asi 50 vzorkami od pacientov, ktorí mali pozitívny test na vírus. Zistili, že zariadenie bolo rovnako presné ako teraz používané zlaté štandardné testy PCR, ktoré vyžadujú výtery z nosa, a aby poskytli výsledky, vyžadujú viac času a výrazne viac hardvéru a manipulácie so vzorkami.

Zariadenie produkuje fluorescenčný údaj, ktorý je možné vidieť voľným okom, a vedci tiež navrhli aplikáciu pre smartfóny, ktorá môže čítať výsledky a odosielať ich na oddelenia verejného zdravotníctva na jednoduchšie sledovanie.

Vedci sa domnievajú, že ich zariadenie by bolo možné vyrobiť za cenu od 2 do 3 dolárov za zariadenie. Ak je schválený FDA a vyrobený vo veľkom rozsahu, predpokladajú, že tento druh diagnostiky by mohol byť užitočný buď pre ľudí, ktorí chcú mať možnosť testovať doma, alebo v zdravotníckych strediskách v oblastiach bez rozsiahleho prístupu k testovaniu PCR alebo genetickému sekvenovaniu variantov SARS-CoV-2.

„Schopnosť detekovať a sledovať tieto varianty je zásadná pre efektívne verejné zdravie, ale nanešťastie, varianty sú v súčasnosti diagnostikované iba sekvenovaním nukleových kyselín v špecializovaných epidemiologických centrách, ktorých je nedostatok aj v krajinách bohatých na zdroje, “hovorí de Puig.

• Výskum zavádza nový prístup k zvráteniu starnutia mozgu prostredníctvom črevných mikróbov
• Nový diagnostický test na báze CRISPR detekuje varianty COVID-19 zo vzoriek slín