新型冠状病毒肺炎

工程师开发新冠病毒-19唾液测试

麻省理工学院和哈佛大学的工程师设计了一种小型桌面设备,可以在大约一小时内从唾液样本中检测出新冠病毒-19。

安妮·特拉夫顿 2021年8月9日
Courtesy: Devora Najjar, MIT

工程师们麻省理工学院哈佛大学我们设计了一种小型桌面设备,可以在大约一小时内从唾液样本中检测出新冠病毒-19。在一项新的研究中,他们发现诊断和现在使用的PCR检测一样准确。

该设备还可用于检测与目前流行的某些新冠病毒-19变异相关的特定病毒突变。这一结果也可以在一小时内获得,这可能使追踪病毒的不同变种变得更加容易,特别是在无法获得基因测序设施的地区。这一发展有助于公司阻止新冠病毒的潜在传播,新冠病毒将继续进化和发展新的病毒株。

麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)和生物工程系的Termeer医学工程与科学教授詹姆斯·柯林斯(James Collins)说:“我们证明,我们的平台可以被编程来检测新出现的变异,我们可以很快地重新利用它。”。“在这项研究中,我们针对英国、南非和巴西的变体,但是您可以很容易地适应诊断平台来解决Delta变体和其他正在出现的变体。”

研究人员说,这种基于CRISPR技术的诊断设备组装成本约为15美元,但如果大规模生产,这些成本可能会显著降低。

柯林斯是这项新研究的资深作者科学进步.这篇论文的主要作者是哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的博士后Helena de Puig;罗斯·李(Rose Lee),波士顿儿童医院(Boston Children 's Hospital)和贝丝·以色列女执事医疗中心(Beth Israel Deaconess Medical Center)的儿科讲师,威斯研究所(Wyss Institute)的访问学者;Devora Najjar是麻省理工学院媒体实验室的研究生;以及威斯研究所(Wyss Institute)临床研究员、马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)胃肠病学讲师谭晓(Xiao Tan)。

麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard University)的工程师设计了一种小型桌面设备,可以在大约一小时内从唾液样本中检测出SARS-CoV-2。Courtesy: Devora Najjar, MIT

麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard University)的工程师设计了一种小型桌面设备,可以在大约一小时内从唾液样本中检测出SARS-CoV-2。Courtesy: Devora Najjar, MIT

一个独立的诊断

新的诊断基于SHERLOCK,这是一种基于CRISPR的工具,Collins和其他人首先使用它2017年报告.该系统的组成部分包括可检测特定目标RNA序列的RNA引导链,以及切割这些序列并产生荧光信号的Cas酶。所有这些分子成分都可以通过冷冻干燥长期储存,并在遇水后重新激活。

去年,柯林斯的实验室开始利用这项技术来检测COVID-19病毒,希望他们能设计出一种诊断设备,可以产生快速的结果,无需专业知识就能操作。他们还希望它能与唾液样本一起工作,让用户更容易使用。

为了实现这一目标,研究人员必须加入一个关键的预处理步骤,使唾液核酸酶失效,这种酶可以破坏RNA等核酸。一旦样品进入装置,核酸酶通过加热和两种化学试剂灭活。然后,病毒RNA通过唾液膜被提取和浓缩。

Lee说:“这种膜是收集核酸并浓缩它们的关键,这样我们就可以获得这种诊断的灵敏度。”。

然后将该RNA样本暴露在冷冻干燥的CRISPR/Cas组件中,通过自动刺穿设备内的密封水包激活这些组件。一锅反应放大RNA样本,然后检测目标RNA序列(如果存在的话)。

“我们的目标是创造一个完全独立的诊断,不需要其他设备,”谭说。“基本上,患者向这个设备吐口水,然后你按下柱塞,一小时后你就会得到答案。”

研究人员设计了这种设备,他们称之为最低限度仪器化的SHERLOCK (miSHERLOCK),这样它最多可以有四个模块,每个模块寻找不同的目标RNA序列。原始模块包含RNA引导链,可以检测任何毒株的COVID-19。其他模块是特定于与过去一年出现的一些变异相关的突变,包括B.1.1.7、P.1和B.1.351。

当研究人员进行这项研究时,Delta变体还没有广泛存在,但由于该系统已经建成,他们说,设计一个新的模块来检测这种变体应该很简单。该系统还可以很容易地通过编程来监测可能使病毒更具传染性的新突变。

Najjar说:“如果你想做更广泛的流行病学调查,你可以在人群中出现令人担忧的突变之前设计分析,以监测刺突蛋白中潜在的危险突变。”

跟踪变体

研究人员首先用含有合成COVID-19 RNA序列的人类唾液测试了他们的设备,然后用了来自病毒检测呈阳性的患者的约50份样本。他们发现,该设备与目前使用的金标准PCR检测一样准确,后者需要鼻拭子,需要更多的时间、更多的硬件和样品处理才能得出结果。

该设备会产生肉眼可见的荧光读数,研究人员还设计了一款智能手机应用,可以读取结果,并将其发送给公共卫生部门,以便更容易地跟踪。

研究人员认为,他们的设备可以以每台设备2到3美元的低成本生产。如果FDA批准和生产规模,他们设想,这种诊断可以是有用的对于那些希望能够测试在家里,或在卫生保健中心地区没有普遍获得PCR检测和基因测序的COVID-19变体。

de Puig说:“检测和跟踪这些变异的能力对有效的公共卫生至关重要,但不幸的是,目前只有在专门的流行病学中心通过核酸测序才能诊断出变异,即使在资源丰富的国家也很少见。”。

- Chris Vavra编辑,网页内容经理,控制工程, CFE Media and Technology,cvavra@cfemedia.com


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