Nova namizna naprava lahko hitro odkrije SARS-CoV-2 iz vzorcev sline

Inženirji na MIT in univerzi Harvard so zasnovali majhno namizno napravo, ki lahko v približno eni uri odkrije SARS-CoV-2 iz vzorca sline. V novi študiji je pokazali so, da je diagnoza prav tako natančna kot sedaj uporabljeni testi PCR.

Napravo lahko uporabite tudi za odkrivanje specifičnih virusnih mutacij, povezanih z nekaterimi različicami SARS-CoV-2, ki zdaj krožijo. Ta rezultat je mogoče doseči tudi v eni uri, potencialno olajšalo sledenje različicam virusa, zlasti v regijah, ki nimajo dostopa do naprav za genetsko zaporedje.

Pokazali smo, da je mogoče našo platformo programirati za odkrivanje novih variant, in da bi ga lahko zelo hitro preuredili. V tej študiji je ciljali smo na Združeno kraljestvo, Južni Afričan, in brazilske različice, vendar bi lahko diagnostično platformo zlahka prilagodili različici Delta in drugim, ki se pojavljajo. "

James Collins, Termeerjev profesor medicinskega inženiringa in znanosti na Inštitutu za medicinsko inženirstvo in znanost (IMES) na MIT in Oddelku za biološko inženirstvo

Nova diagnostika, ki temelji na tehnologiji CRISPR, lahko sestavite za približno 15 USD, vendar bi se ti stroški lahko znatno znižali, če bi bile naprave izdelane v velikem obsegu, pravijo raziskovalci.

Collins je višji avtor nove študije, ki se danes pojavlja v Znanstveni napredek . Vodilni avtorji prispevka sta Helena de Puig, doktorat na Inštitutu Wyss za biološko navdihnjeno inženirstvo univerze Harvard; Rose Lee, inštruktor pediatrije v otroški bolnišnici v Bostonu in medicinskem centru Beth Israel Deaconess ter gostujoči sodelavec na inštitutu Wyss; Devora Najjar, podiplomski študent v MIT Media Lab; in Xiao Tan, klinični sodelavec na Inštitutu Wyss in inštruktor gastroenterologije v Splošni bolnišnici Massachusetts.

Samostojna diagnostika

Nova diagnostika temelji na SHERLOCK -u, orodje na osnovi CRISPR, o katerem so Collins in drugi prvič poročali leta 2017. Sestavni deli sistema vključujejo vodilo RNA, ki omogoča odkrivanje specifičnih ciljnih zaporedij RNA, in encimi Cas, ki cepijo te sekvence in proizvajajo fluorescenčni signal. Vse te molekularne komponente je mogoče sušiti zmrzovanjem za dolgotrajno skladiščenje in ponovno aktivirati ob izpostavitvi vodi.

Lansko leto, Collinsov laboratorij je začel delati na prilagajanju te tehnologije za odkrivanje virusa SARS-CoV-2, v upanju, da bi lahko oblikovali diagnostično napravo, ki bi lahko prinesla hitre rezultate in bi jo lahko uporabljali z malo ali brez strokovnega znanja. Želeli so tudi, da deluje z vzorci sline, kar uporabnikom olajša delo.

Da bi to dosegli, raziskovalci so morali vključiti kritičen korak predhodne obdelave, ki onemogoči encime, imenovane nukleaze sline, ki uničujejo nukleinske kisline, kot je RNA. Ko gre vzorec v napravo, nukleaze inaktivirajo toplota in dva kemična reagenta. Potem, virusna RNA se ekstrahira in koncentrira s prepuščanjem sline skozi membrano.

"Ta membrana je bila ključna za zbiranje nukleinskih kislin in njihovo koncentriranje, tako da lahko dobimo občutljivost, ki jo kažemo s to diagnozo, «Pravi Lee.

Ta vzorec RNA je nato izpostavljen liofiliziranim komponentam CRISPR/Cas, ki se aktivirajo z avtomatiziranim prebijanjem zaprtih vodnih paketov v napravi. Reakcija z enim loncem ojača vzorec RNA in nato zazna ciljno zaporedje RNA, če je prisoten.

"Naš cilj je bil ustvariti popolnoma samostojno diagnostiko, ki ne potrebuje druge opreme, "Tan pravi." V bistvu pacient pljune v to napravo, nato pritisneš bat in uro kasneje dobiš odgovor. "

Raziskovalci so oblikovali napravo, ki jim pravijo minimalno instrumentirani SHERLOCK (miSHERLOCK), tako da ima lahko do štiri module, od katerih vsak išče drugo zaporedje ciljne RNA. Prvotni modul vsebuje vodila RNA, ki zaznajo vsak sev SARS-CoV-2. Drugi moduli so specifični za mutacije, povezane z nekaterimi različicami, ki so se pojavile v zadnjem letu, vključno z B.1.1.7, Str.1, in B.1.351.

Različica Delta še ni bila razširjena, ko so raziskovalci izvedli to študijo, ker pa je sistem že zgrajen, pravijo, da bi moralo biti preprosto oblikovati nov modul za zaznavanje te variante. Sistem bi lahko tudi enostavno programirali za spremljanje novih mutacij, zaradi katerih bi bil virus bolj nalezljiv.

"Če želite narediti več obsežne epidemiološke raziskave, lahko oblikujete teste, preden se v populaciji pojavi zaskrbljujoča mutacija, za spremljanje potencialno nevarnih mutacij v beljakovinski konici, «Pravi Najjar.

Različice sledenja

Raziskovalci so najprej testirali svojo napravo s človeško slino, nasičeno s sintetičnimi sekvencami RNA SARS-CoV-2, nato pa s približno 50 vzorci bolnikov, ki so bili na virusu pozitivni. Ugotovili so, da je naprava prav tako natančna, kot so sedaj uporabljeni testi PCR zlatega standarda, ki zahtevajo brise iz nosu in potrebujejo več časa ter bistveno več strojne opreme in vzorcev za doseganje rezultatov.

Naprava proizvaja fluorescenčno odčitavanje, ki ga je mogoče videti s prostim očesom, raziskovalci pa so oblikovali tudi aplikacijo za pametne telefone, ki lahko prebere rezultate in jih pošlje oddelkom za javno zdravje za lažje sledenje.

Raziskovalci menijo, da bi lahko njihovo napravo izdelali po ceni od 2 do 3 USD na napravo. Če ga odobri FDA in se proizvaja v velikem obsegu, predvidevajo, da bi bila tovrstna diagnostika lahko koristna tudi za ljudi, ki želijo imeti možnost testiranja doma, ali v zdravstvenih domovih na območjih brez širokega dostopa do testiranja PCR ali genetskega zaporedja variant SARS-CoV-2.

"Sposobnost odkrivanja in sledenja tem različicam je bistvena za učinkovito javno zdravje, ampak na žalost, variante se trenutno diagnosticirajo le s sekvenciranjem nukleinskih kislin v specializiranih epidemioloških centrih, ki jih primanjkuje tudi v državah, bogatih z viri, "pravi de Puig.

• Raziskave uvajajo nov pristop k obratovanju staranja možganov s črevesnimi mikrobi
• Novi diagnostični test na osnovi CRISPR zazna vzorce COVID-19 iz vzorcev sline