新冠肺炎

工程师开发了COVID-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COVID-19。

由安妮Trafton 2021年8月9日
礼貌:Devora纳贾尔,MIT

在工程师麻省理工学院哈佛大学该公司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COVID-19。在一项新的研究中,他们证明这种诊断方法和现在使用的PCR检测方法一样准确。

该设备还可用于检测与目前正在传播的一些COVID-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体变得更加容易,特别是在没有基因测序设施的地区。这一进展可能有助于企业阻止COVID-19病毒的潜在传播,该病毒正在不断进化和发展新的毒株。

麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)和生物工程系的医学工程与科学特梅尔教授詹姆斯·柯林斯说:“我们证明了我们的平台可以通过编程来检测出现的新变异,我们可以很快地对它进行重新利用。”“在这项研究中,我们针对的是英国、南非和巴西的变异,但你可以很容易地调整诊断平台,以解决Delta变异和其他正在出现的变异。”

研究人员表示,这种依赖CRISPR技术的诊断设备的组装成本约为15美元,但如果这种设备大规模生产,这些成本可能会大幅下降。

柯林斯是这项新研究的资深作者,今天出现在科学的进步。该论文的第一作者是海伦娜德普格,在哈佛大学的威斯研究所生物启发工程博士后;玫瑰李,在波士顿儿童医院和贝斯以色列女执事医疗中心和在韦斯研究所客座研究员小儿科讲师;Devora纳贾尔,研究生在MIT媒体实验室;和小谭,在韦斯研究所临床研究员,美国马萨诸塞州总医院的胃肠病学讲师。

在麻省理工学院和哈佛大学的工程师设计一个小桌面设备可从唾液样品中检测SARS-CoV的-2大约一个小时。礼貌:Devora纳贾尔,MIT

在麻省理工学院和哈佛大学的工程师设计一个小桌面设备可从唾液样品中检测SARS-CoV的-2大约一个小时。礼貌:Devora纳贾尔,MIT

自包含的诊断

新的诊断是基于SHERLOCK, Collins和其他人最先使用的基于crispr的工具报道在2017年。该系统的部件包括RNA引导链,其允许特定的靶RNA序列的检测,和CAS酶切割的那些序列,并产生荧光信号。所有这些分子的组分可以是冷冻干燥长期贮存且在暴露于活化水。

去年,柯林斯的实验室开始适应这种技术来检测COVID-19病毒的工作,希望他们可以设计一个诊断设备可能产生快速的结果,并与很少或没有专业知识来操作。他们还希望它与唾液样本的工作,使得它甚至更易于用户操作。

为了实现这一目标,研究人员必须结合一个关键的预处理步骤,使一种叫做唾液核酸酶的酶无法工作,这种酶会破坏RNA等核酸。一旦样品进入仪器,核酸酶就会被加热和两种化学试剂灭活。然后,通过唾液穿过细胞膜,提取并浓缩病毒RNA。

李说:“这种膜是收集和浓缩核酸的关键,这样我们就能获得诊断结果所显示的敏感性。”

然后,该RNA样品暴露于冷冻干燥CRISPR / CAS部件,其通过密封在装置内的水的报文的自动穿刺激活。一锅反应放大所述RNA样品,然后检测靶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,病人向这个设备吐口水,然后你按下一个活塞,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。

三角洲变种还没有普及的时候,研究人员进行的这项研究,但因为系统已经建成,他们说这应该是简单的设计一个新的模块检测到变种。该系统还可以很容易地被编程为监视新的基因突变可能使病毒更具传染性。

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

研究人员首先测试了他们的设备与合成COVID-19 RNA序列飙升人体唾液,然后从患者约50个样本谁测试了正面为病毒。他们发现,该设备是一样准确现在用的金标准PCR测试,这需要鼻拭子,并采取更多的时间和更显著的硬件和样品处理产生的结果。

该设备产生荧光读出,可以用肉眼可以看到,并且研究人员还设计了一个智能手机应用程序,可以读取结果,并将其发送给卫生部门,方便追踪。

研究人员认为,他们的设备可以在成本低至$ 2〜$ 3元设备生产。如果被FDA批准,并在大规模生产,他们设想,这种诊断可能是有用的无论是谁想要能够测试在家里的人,还是在地区保健中心没有广泛进入PCR测试或基因测序的COVID-19的变体。

德普伊格说:“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,变异目前只能在专门的流行病学中心通过核酸测序诊断,而这在资源丰富的国家也是稀缺的。”

- 由Chris Vavra,Web Content Manager编辑,控制工程,CFE媒体和技术,cvavra@cfemedia.com.


安妮Trafton