Ny bordsskiva kan snabbt upptäcka SARS-CoV-2 från salivprover

Ingenjörer vid MIT och Harvard University har utformat en liten bordsskiva som kan upptäcka SARS-CoV-2 från ett salivprov på ungefär en timme. I en ny studie, de visade att diagnosen är lika exakt som PCR -testerna som nu används.

Enheten kan också användas för att detektera specifika virala mutationer kopplade till några av SARS-CoV-2-varianterna som nu cirkulerar. Detta resultat kan också erhållas inom en timme, vilket möjligen gör det mycket lättare att spåra olika varianter av viruset, särskilt i regioner som inte har tillgång till genetiska sekvenseringsanläggningar.

Vi visade att vår plattform kan programmeras för att upptäcka nya varianter som dyker upp, och att vi kunde återanvända det ganska snabbt. I den här studien, vi riktade oss mot Storbritannien, Sydafrikanska, och brasilianska varianter, men du kan enkelt anpassa diagnosplattformen till Delta -varianten och andra som växer fram. "

James Collins, termeerprofessorn i medicinsk teknik och vetenskap vid MIT:s institut för medicinsk teknik och vetenskap (IMES) och institutionen för biologisk teknik

Den nya diagnosen, som bygger på CRISPR -teknik, kan monteras för ca $ 15, men dessa kostnader kan minska betydligt om enheterna produceras i stor skala, säger forskarna.

Collins är seniorförfattare till den nya studien, som visas idag i Vetenskapliga framsteg . Tidningens huvudförfattare är Helena de Puig, en postdoc vid Harvard University Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering; Rose Lee, en instruktör i pediatri vid Boston Children's Hospital och Beth Israel Deaconess Medical Center och en besökande kollega vid Wyss Institute; Devora Najjar, en doktorand i MIT:s Media Lab; och Xiao Tan, en klinisk stipendiat vid Wyss Institute och en instruktör i gastroenterologi vid Massachusetts General Hospital.

En fristående diagnos

Den nya diagnosen är baserad på SHERLOCK, ett CRISPR-baserat verktyg som Collins och andra först rapporterade 2017. Komponenter i systemet inkluderar en RNA-guide-sträng som möjliggör detektion av specifika mål-RNA-sekvenser, och Cas -enzymer som klyver dessa sekvenser och producerar en fluorescerande signal. Alla dessa molekylära komponenter kan frystorkas för långvarig lagring och reaktiveras vid exponering för vatten.

Förra året, Collins lab började arbeta med att anpassa denna teknik för att upptäcka SARS-CoV-2-viruset, hoppas att de kan designa en diagnostisk enhet som kan ge snabba resultat och hanteras med liten eller ingen expertis. De ville också att det skulle fungera med salivprov, vilket gör det ännu enklare för användarna.

För att uppnå det, forskarna var tvungna att införliva ett kritiskt förbehandlingssteg som inaktiverar enzymer som kallas salivnukleaser, som förstör nukleinsyror såsom RNA. När provet går in i enheten, nukleaserna inaktiveras av värme och två kemiska reagenser. Sedan, viralt RNA extraheras och koncentreras genom att saliven passerar genom ett membran.

"Det membranet var nyckeln till att samla nukleinsyrorna och koncentrera dem så att vi kan få den känslighet som vi visar med denna diagnostik, "Säger Lee.

Detta RNA-prov exponeras sedan för frystorkade CRISPR/Cas-komponenter, som aktiveras genom automatisk punktering av förslutna vattenpaket i enheten. Enpottreaktionen förstärker RNA-provet och detekterar sedan mål-RNA-sekvensen, om närvarande.

"Vårt mål var att skapa en helt fristående diagnos som inte kräver någon annan utrustning, "Tan säger." I huvudsak spottar patienten in i den här enheten, och sedan trycker du ner en kolv och får ett svar en timme senare. "

Forskarna utformade enheten, som de kallar minimalt instrumenterade SHERLOCK (miSHERLOCK), så att den kan ha upp till fyra moduler som var och en letar efter en annan mål -RNA -sekvens. Den ursprungliga modulen innehåller RNA-guide-strängar som detekterar alla stammar av SARS-CoV-2. Andra moduler är specifika för mutationer associerade med några av de varianter som har uppstått under det senaste året, inklusive B.1.1.7, S.1, och B.1.351.

Delta -varianten var ännu inte utbredd när forskarna utförde denna studie, men eftersom systemet redan är byggt, de säger att det borde vara enkelt att designa en ny modul för att upptäcka den varianten. Systemet kan också enkelt programmeras för att övervaka nya mutationer som kan göra viruset mer smittsamt.

"Om du vill göra mer av en bred epidemiologisk undersökning, du kan utforma analyser innan en mutation av oro dyker upp i en befolkning, att övervaka potentiellt farliga mutationer i spikproteinet, "Säger Najjar.

Spårningsvarianter

Forskarna testade först sin enhet med mänsklig saliv spetsad med syntetiska SARS-CoV-2 RNA-sekvenser, och sedan med cirka 50 prover från patienter som hade testat positivt för viruset. De fann att enheten var lika exakt som PCR -testerna som nu används, som kräver näspinnar och tar mer tid och betydligt mer hårdvara och provhantering för att ge resultat.

Enheten producerar en fluorescerande avläsning som kan ses med blotta ögat, och forskarna utformade också en smartphone -app som kan läsa resultaten och skicka dem till folkhälsoavdelningarna för enklare spårning.

Forskarna tror att deras enhet kan tillverkas till en kostnad från $ 2 till $ 3 per enhet. Om godkänt av FDA och tillverkat i stor skala, de föreställer sig att denna typ av diagnostik kan vara användbar antingen för människor som vill kunna testa hemma, eller på vårdcentraler i områden utan utbredd tillgång till PCR-testning eller genetisk sekvensering av SARS-CoV-2-varianter.

"Möjligheten att upptäcka och spåra dessa varianter är avgörande för effektiv folkhälsa, men tyvärr, varianter diagnostiseras för närvarande endast genom nukleinsyrasekvensering vid specialiserade epidemiologiska centra som är knappa även i resursrika länder, säger de Puig.

• Forskning introducerar ett nytt tillvägagångssätt för att vända hjärnans åldrande via tarmmikrober
• Nytt CRISPR-baserat diagnostiskt test upptäcker COVID-19-varianter från salivprover