Ny bordplate kan raskt oppdage SARS-CoV-2 fra spyttprøver

Ingeniører ved MIT og Harvard University har designet en liten bordplate som kan oppdage SARS-CoV-2 fra en spyttprøve på omtrent en time. I en ny studie, de viste at diagnosen er like nøyaktig som PCR -testene som nå brukes.

Enheten kan også brukes til å oppdage spesifikke virale mutasjoner knyttet til noen av SARS-CoV-2-variantene som nå sirkulerer. Dette resultatet kan også oppnås innen en time, potensielt gjøre det mye lettere å spore forskjellige varianter av viruset, spesielt i regioner som ikke har tilgang til genetiske sekvenseringsanlegg.

Vi demonstrerte at plattformen vår kan programmeres til å oppdage nye varianter som dukker opp, og at vi kunne gjenbruke det ganske raskt. I denne studien, vi målrettet mot Storbritannia, Sør-Afrikansk, og brasilianske varianter, men du kan lett tilpasse diagnoseplattformen til å adressere Delta -varianten og andre som dukker opp. "

James Collins, Termeer -professor i medisinsk ingeniørvitenskap og vitenskap ved MIT's Institute for Medical Engineering and Science (IMES) og Institutt for biologisk ingeniørfag

Den nye diagnosen, som er avhengig av CRISPR -teknologi, kan settes sammen for ca $ 15, men disse kostnadene kan komme betydelig ned hvis enhetene ble produsert i stor skala, sier forskerne.

Collins er seniorforfatter av den nye studien, som vises i dag i Vitenskapelige fremskritt . Papirets hovedforfattere er Helena de Puig, en postdoc ved Harvard University's Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering; Rose Lee, en instruktør i pediatri ved Boston Children's Hospital og Beth Israel Deaconess Medical Center og en besøkende stipendiat ved Wyss Institute; Devora Najjar, en doktorgradsstudent i MIT's Media Lab; og Xiao Tan, en klinisk stipendiat ved Wyss Institute og en instruktør i gastroenterologi ved Massachusetts General Hospital.

En selvstendig diagnostikk

Den nye diagnosen er basert på SHERLOCK, et CRISPR-basert verktøy som Collins og andre først rapporterte i 2017. Komponenter i systemet inkluderer en RNA-guide-streng som tillater deteksjon av spesifikke mål-RNA-sekvenser, og Cas -enzymer som spalter disse sekvensene og produserer et fluorescerende signal. Alle disse molekylære komponentene kan frysetørkes for langtidslagring og reaktiveres ved eksponering for vann.

I fjor, Collins laboratorium begynte å jobbe med å tilpasse denne teknologien for å oppdage SARS-CoV-2-viruset, håper at de kan designe en diagnostisk enhet som kan gi raske resultater og opereres med liten eller ingen ekspertise. De ønsket også at det skulle fungere med spyttprøver, gjør det enda enklere for brukerne.

For å oppnå det, forskerne måtte innlemme et kritisk forbehandlingstrinn som deaktiverer enzymer som kalles spyttnukleaser, som ødelegger nukleinsyrer som RNA. Når prøven går inn i enheten, nukleasene inaktiveres av varme og to kjemiske reagenser. Deretter, viralt RNA ekstraheres og konsentreres ved å føre spyttet gjennom en membran.

"Den membranen var nøkkelen til å samle nukleinsyrene og konsentrere dem slik at vi kan få sensitiviteten vi viser med denne diagnostikken, "Sier Lee.

Denne RNA-prøven blir deretter utsatt for frysetørkede CRISPR/Cas-komponenter, som aktiveres ved automatisk punktering av forseglede vannpakker inne i enheten. One-pot-reaksjonen forsterker RNA-prøven og oppdager deretter mål-RNA-sekvensen, hvis tilstede.

"Målet vårt var å lage en helt selvstendig diagnostikk som ikke krever annet utstyr, "Tan sier." I hovedsak spytter pasienten inn i denne enheten, og så skyver du ned et stempel, og du får svar en time senere. "

Forskerne designet enheten, som de kaller minimalt instrumenterte SHERLOCK (miSHERLOCK), slik at den kan ha opptil fire moduler som hver ser etter en annen mål -RNA -sekvens. Den originale modulen inneholder RNA-guide-tråder som oppdager enhver stamme av SARS-CoV-2. Andre moduler er spesifikke for mutasjoner knyttet til noen av variantene som har oppstått det siste året, inkludert B.1.1.7, S.1, og B.1.351.

Delta -varianten var ennå ikke utbredt da forskerne utførte denne studien, men fordi systemet allerede er bygget, de sier at det burde være greit å designe en ny modul for å oppdage den varianten. Systemet kan også enkelt programmeres til å overvåke for nye mutasjoner som kan gjøre viruset mer smittsomt.

"Hvis du vil gjøre mer av en bred epidemiologisk undersøkelse, du kan designe analyser før en mutasjon av bekymring dukker opp i en populasjon, å overvåke potensielt farlige mutasjoner i piggproteinet, "Sier Najjar.

Sporingsvarianter

Forskerne testet først enheten med menneskelig spytt tilsatt syntetiske SARS-CoV-2 RNA-sekvenser, og deretter med rundt 50 prøver fra pasienter som hadde testet positivt for viruset. De fant ut at enheten var like nøyaktig som gullstandarden PCR -tester som nå brukes, som krever nesepinner og tar mer tid og betydelig mer maskinvare og prøvehåndtering for å gi resultater.

Enheten produserer en fluorescerende avlesning som kan sees med det blotte øye, og forskerne designet også en smarttelefon -app som kan lese resultatene og sende dem til folkehelseavdelinger for lettere sporing.

Forskerne tror at enheten deres kan produseres til en pris så lav som $ 2 til $ 3 per enhet. Hvis godkjent av FDA og produsert i stor skala, de ser for seg at denne typen diagnostikk kan være nyttig enten for folk som ønsker å kunne teste hjemme, eller på helsesentre i områder uten utbredt tilgang til PCR-testing eller genetisk sekvensering av SARS-CoV-2-varianter.

"Evnen til å oppdage og spore disse variantene er avgjørende for effektiv folkehelse, men uheldigvis, varianter diagnostiseres for tiden bare med nukleinsyresekvensering på spesialiserte epidemiologiske sentre som er knappe selv i ressursrike nasjoner, "sier de Puig.

• Forskning introduserer ny tilnærming for å reversere hjernens aldring via tarmmikrober
• Ny CRISPR-basert diagnostisk test oppdager COVID-19-varianter fra spyttprøver