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新设备可以从唾液样本中诊断 Covid

更新时间:2021-08-07 16:30:47

马萨诸塞州坎布里奇——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,可以在大约一个小时内从唾液样本中检测出 SARS-CoV-2。在一项新研究中,他们表明诊断与现在使用的 PCR 测试一样准确。

该设备还可用于检测与目前正在流行的某些 SARS-CoV-2 变体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体变得更加容易,尤其是在无法使用基因测序设施的地区。

麻省理工学院医学工程与科学研究所 (IMES) 医学工程与科学教授詹姆斯·柯林斯 (James Collins) 说:“我们证明,我们的平台可以通过编程来检测出现的新变体,而且我们可以很快地重新利用它。”生物工程系。“在这项研究中,我们针对英国、南非和巴西的变体,但您可以轻松调整诊断平台以解决 Delta 变体和其他正在出现的变体。”

研究人员说,这种依赖于 CRISPR 技术的新诊断装置的组装成本约为 15 美元,但如果大规模生产这些设备,这些成本可能会显着降低。

柯林斯是这项新研究的资深作者,该研究今天发表在《科学进展》上。该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;Rose Lee,波士顿儿童医院和 Beth Israel Deaconess 医疗中心的儿科讲师,以及 Wyss 研究所的访问学者;Devora Najjar,麻省理工学院媒体实验室的研究生;和小谭,Wyss 研究所的临床研究员和麻省总医院胃肠病学讲师。

一个独立的诊断

新诊断基于 SHERLOCK,这是 Collins 和其他人于 2017 年首次报道的基于 CRISPR 的工具。该系统的组件包括允许检测特定目标 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冷冻干燥长期储存,并在接触水后重新活化。

去年,柯林斯的实验室开始致力于采用这项技术来检测 SARS-CoV-2 病毒,希望他们能够设计出一种诊断设备,该设备可以快速产生结果并且在很少或没有专业知识的情况下进行操作。他们还希望它能够处理唾液样本,让用户更轻松。

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,使称为唾液核酸酶的酶失效,这种酶会破坏 RNA 等核酸。一旦样品进入设备,核酸酶就会被热量和两种化学试剂灭活。然后,通过使唾液通过膜来提取和浓缩病毒 RNA。

“这种膜是收集核酸并浓缩它们的关键,这样我们才能获得这种诊断方法所显示的灵敏度,”Lee 说。

然后将该 RNA 样本暴露于冷冻干燥的 CRISPR/Cas 组件中,这些组件通过自动刺破设备内的密封水包而激活。一锅反应扩增 RNA 样品,然后检测目标 RNA 序列(如果存在)。

“我们的目标是创建一个完全独立的诊断系统,不需要其他设备,”Tan 说。“基本上,病人向这个装置吐口水,然后你按下一个柱塞,一个小时后你就会得到答案。”

研究人员设计了这种设备,他们将其称为最低限度仪器的 SHERLOCK (miSHERLOCK),因此它最多可以有四个模块,每个模块都可以寻找不同的目标 RNA 序列。原始模块包含可检测任何 SARS-CoV-2 菌株的 RNA 引导链。其他模块特定于与去年出现的一些变体相关的突变,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 变体尚未广泛传播,但由于该系统已经建成,他们表示设计一个新模块来检测该变体应该很简单。该系统还可以轻松编程,以监测可能使病毒更具传染性的新突变。

“如果你想进行更多广泛的流行病学调查,你可以在人群中出现令人关注的突变之前设计分析,以监测刺突蛋白中潜在的危险突变,”Najjar 说。

跟踪变体

研究人员首先用掺有合成 SARS-CoV-2 RNA 序列的人类唾液测试了他们的设备,然后用来自病毒检测呈阳性的患者的大约 50 个样本进行了测试。他们发现该设备与现在使用的黄金标准 PCR 测试一样准确,后者需要鼻拭子,需要更多的时间和明显更多的硬件和样本处理才能产生结果。

该设备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程序,可以读取结果并将其发送给公共卫生部门以便于跟踪。

研究人员认为,他们的设备的生产成本可以低至每台设备 2 至 3 美元。如果获得 FDA 的批准并大规模生产,他们认为这种诊断方法对于希望能够在家进行测试的人或在无法广泛进行 PCR 测试或基因测序的地区的医疗保健中心有用SARS-CoV-2 变种。

“检测和追踪这些变异的能力对于有效的公共卫生至关重要,但不幸的是,变异目前只能在专门的流行病学中心通过核酸测序来诊断,即使在资源丰富的国家也是如此,”德普伊格说。

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