Представете си, че си натривате ноздрите, поставяте тампона в устройство и получавате отчет на телефона си след 15 до 30 минути, който ви казва дали сте заразени с вируса COVID-19.
Това е визията на екип учени от Институтите Гладстоун към Калифорнийския университет, Бъркли (UC Berkeley) и Калифорнийския университет, Сан Франциско (UCSF).
Сега колективът съобщава за научен пробив, който ги доближава до превръщането на тази идея в реалност.
Новият тест, базиран на CRISPR, предлага обещаваща опция за бързо тестване, но чрез използване на смартфон и избягване на необходимостта от обемисто лабораторно оборудване, той има потенциал да стане преносим и в крайна сметка да бъде използван дори в домашни условия. И може да бъде доразработен, за да диагностицира и други респираторни вируси освен SARS-CoV-2.
Едно от основните препятствия в борбата с пандемията на COVID-19 и пълната отмяна на изолацията е наличието на масови бързи тестове. Знанието кой е заразен би предоставило ценна информация за потенциалното разпространение и заплахата от вируса.
И все пак хората често трябва да чакат няколко дни за резултатите си или дори по-дълго, когато има изоставане в обработката на лабораторни тестове. Ситуацията се влошава от факта, че повечето заразени хора имат леки или никакви симптоми, но въпреки това носят и разпространяват вируса.
В ново проучване, публикувано в научното списание Cell, екипът от Гладстоун, UC Berkeley и UCSF очерта базиран на технологията за генно редактиране CRISPR тест за COVID-19, който използва камера на смартфон, за да осигури точни резултати за по-малко от 30 минути.
„Спешна задача на научната общност е не само да увеличи тестването, но и да предостави нови възможности за тестване“, коментира д-р Мелани От (Melanie Ott), директор на Института по вирусология на Гладстоун и един от лидерите на проучването. "Анализът, който разработихме, може да осигури бързо и евтино тестване, за да помогне за контролирането на разпространението на COVID-19."
Техниката е разработена в сътрудничество с биоинженера от UC Berkeley, доктор на дан. Даниел Флетчър (Daniel Fletcher), както и с д-р Дженифър Даудна, която е старши изследовател в Гладстоун, професор в UC Berkeley, президент на Innovative Genomics Institute, и изследовател на Медицинския институт Хауърд Хюз. Даудна наскоро спечели Нобелова награда за химия за 2020 г. за съвместното откриване на редактирането на генома CRISPR-Cas, технологията, която лежи в основата на тази работа.
Техният нов диагностичен тест не само може да генерира положителен или отрицателен резултат, но също така измерва вирусния товар (или концентрацията на SARS-CoV-2, вирусът, който причинява COVID-19) в дадена проба.
„В комбинация с многократно тестване, измерването на вирусното натоварване може да помогне да се определи дали инфекцията се увеличава или намалява“, обяснява Флетчър. „Наблюдението на хода на инфекцията на пациента може да помогне на здравните специалисти да преценят стадия на инфекцията и да предскажат в реално време колко време е вероятно необходимо за възстановяване.“
Снимка на устройство, прикрепено към обикновен смартфон, което може да открие наличието на SARS-CoV-2 в назален тампон. Кредит: Daniel Fletcher and Melanie Ott
По-опростен тест чрез директно откриване
Текущите тестове за COVID-19 използват метод, наречен количествен PCR - златен стандарт за тестване. Един от проблемите при използването на тази техника за тестване на SARS-CoV-2 е, че тя изисква ДНК. Коронавирусът е РНК вирус, което означава, че за да се използва PCR подходът, вирусната РНК първо трябва да се преобразува в ДНК. Освен това тази техника разчита на двустепенна химическа реакция, включително стъпка на увеличаване на количеството, за да се осигури достатъчно ДНК, за да я открие. Така че, настоящите тестове обикновено се нуждаят от обучени потребители, специализирани реагенти и тромаво лабораторно оборудване, което силно ограничава възможността за провеждане на тестове и причинява забавяне на резултати.
Като алтернатива на PCR, учените разработват стратегии за тестване, базирани на технологията за редактиране на гени CRISPR, която се отличава с конкретно идентифициране на генетичния материал.
Всички CRISPR диагностики до момента са изисквали вирусната РНК да се преобразува в ДНК и да се увеличава количеството, преди да може да бъде открита, което изисква време и става сложно. За разлика от това, новият подход, описан в това неотдавнашно проучване, прескача всички стъпки на преобразуване и подсилване, използвайки CRISPR за директно откриване на вирусната РНК.
„Една от причините, поради които сме развълнувани от тази базирана на CRISPR диагностика, е възможността за бързи и точни резултати в момент на нужда“, обелязва Даудна. „Това е особено полезно за места с ограничен достъп до тестване или когато са необходими чести, бързи тестове. Това може да елиминира много от пречките, които сме виждали при COVID-19.“
В новия тест протеинът Cas13 се комбинира с репортерна молекула, която става флуоресцентна при прекъсване и след това се смесва с пробата от назален тампон на пациента. Пробата се поставя в устройство, което се прикрепва към смартфон. Ако пробата съдържа РНК от SARS-CoV-2, Cas13 се активира и прекъсва репортерната молекула, причинявайки излъчване на флуоресцентен сигнал. След това камерата на смартфона, по същество превърната в микроскоп, може да открие флуоресценцията и да докладва, че тампонът е бил положителен за вируса.
„Това, което наистина прави този тест уникален, е, че той използва едностепенна реакция за директно тестване на вирусната РНК, за разлика от двустепенния процес в традиционните PCR тестове“, подчертава От. "По-простата химия, съчетана с камерата на смартфона, намалява времето за откриване и не изисква сложно лабораторно оборудване. Освен това позволява на теста да дава количествени измервания, а не просто положителен или отрицателен резултат."
Изследователите съобщават и че техният анализ може да бъде адаптиран към различни мобилни телефони, което прави технологията лесно достъпна.
„Избрахме да използваме мобилни телефони като основа за нашето устройство за откриване, тъй като те имат интуитивен потребителски интерфейс и силно чувствителни камери, които можем да използваме за откриване на флуоресценция“, обяснява Флетчър. "Мобилните телефони също се произвеждат масово и са рентабилни, което показва, че за този анализ не са необходими специализирани лабораторни инструменти."
Точни и бързи резултати за ограничаване на пандемията
Учените са тествали своето устройство, използвайки проби от пациенти, и потвърждават, че то може да осигури съкращаване на времето за тестове при клинично значими вирусни натоварвания.
Всъщност устройството открива положителните проби за по-малко от 5 минути. За проби с ниско вирусно натоварване системата изисква до 30 минути, за да ги различи от отрицателния тест.
Новият тест, базиран на CRISPR, предлага обещаваща опция за бързо тестване, но чрез използване на смартфон и избягване на необходимостта от обемисто лабораторно оборудване, той има потенциал да стане преносим и в крайна сметка да бъде използван дори в домашни условия. И може да бъде доразработен, за да диагностицира и други респираторни вируси освен SARS-CoV-2.
Освен това високата чувствителност на камерите на смартфоните, заедно с тяхната свързаност, GPS и възможности за обработка на данни, ще ги превърнат в привлекателни инструменти за диагностициране на заболяванията в региони със слаби ресурси.
„Надяваме се да разработим нашия тест в устройство, което може незабавно да качва резултатите в базирани на облак системи, като същевременно запазва поверителността на пациентите, което е важно за проследяването на контактите и епидемиологичните проучвания“, отбелязва От. „Този тип диагностичен тест, базиран на смартфон, може да изиграе решаваща роля в контрола на настоящата и бъдещи пандемии.“
Справка: Parinaz Fozouni et al, Amplification-free detection of SARS-CoV-2 with CRISPR-Cas13a and mobile phone microscopy, Cell (2020). DOI: 10.1016/j.cell.2020.12.001
Източник: New CRISPR-based test for COVID-19 uses a smartphone camera, Gladstone Institutes
Още по темата
Медицина
Терапевтични стратегии при остри респираторни вирусни инфекции
Животът
Масовото тестване може да унищожи епидемията за седмици, твърди проучване
Животът
Резултатите от тестове за COVID-19, ако се вземат твърде рано, са фалшиво отрицателни
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари