新的便携式诊断检测SARS-CoV-2 RNA和抗体在同一时间

COVID-19大流行结束,我们一直问自己进化的问题:从“我怎么知道我感染了吗?”,“我的免疫力有多强劲?”“这株病毒的呢?”And, as new variants continue to emerge, it's likely that we'll keep asking ourselves those questions, often at the same time.

现在,有一个办法的答案都在几个小时,而不需要发送样品到实验室。一个新的医疗点诊断设备由成员的哈佛大学生物工程研究所研究所的结合eRapid和《神探夏洛克》成一个单一的技术,postcard-sized系统,可以同时检测SARS-CoV-2核糖核酸和抗体的存在病毒在患者的唾液,以及其他可能有多个生物标志物。

“这诊断可以便宜,多路监测感染和免疫人群中随着时间的推移,水平的准确性与昂贵的实验室测试中,“co-first作者Devora纳贾尔说,麻省理工学院媒体实验室的研究生,Wyss研究所。“这种方法可以显著提高全球应对未来的大流行,并提供洞察人应该接受治疗。”

原型设备是新发表的一篇文章中所描述的自然生物医学工程。

一种新型病毒的新化学

诊断出生的实验室之间的合作Wyss核心教员吉姆•柯林斯博士,也因格贝尔,医学博士博士,同时也是学院的创始董事。eRapid团队由因格贝尔,Wyss高级职员科学家一生快活,博士一起夏洛克·柯林斯和海伦娜·德·普伊格领导的研究小组,博士,Wyss博士后,认识到,虽然SHERLOCK-based诊断可以用精致的敏感性检测分子,他们本质上受到荧光技术读出系统。如果他们能找到一种方法翻译的分子检测CRISPR-based系统像夏洛克这样一个电化学信号由eRapid,他们可以创建一个与lab-level诊断精度,可用于non-lab设置。他们开始建造这个混合设备和选择莱姆病作为他们的目标应用程序。几个月后,他们已经工作。

然后COVID-19大流行。

“在早期,大家都致力于开发诊断,检测SARS-CoV-2病毒抗体,但不能两者兼得。我们知道我们可以成功检测电化学DNA和RNA分子的存在,由于我们的工作在莱姆病。我们决定弄清楚如何与抗体检测多路复用,以创建一个一体化的测试帮助追踪感染和对抗流感大流行,“co-first de普伊格说,该论文的作者之一。

但是创建一个平台,可以整合病毒RNA和人类蛋白质的检测是一个挑战。团队必须找出如何执行两个独立的同时和不同类型的分子反应,然后将它们集成到一个报告系统,可以同时读取结果。

他们选择唾液作为样本材料,因为病毒颗粒和抗体都可以发现。夏洛克的诊断,检测SARS-CoV-2 RNA的存在,设备需要能够提取,浓缩,从唾液样本和增强病毒RNA,然后混合CRISPR试剂和交付结果解决eRapid芯片检测部分。

团队设计了一个微流控系统组成的多个水库、渠道和加热元件自动混合和转移物质内的原型设备无需用户输入。在第一室,唾液结合酶破坏打开任何病毒的外信封暴露他们的RNA。然后样品注入反应室,在加热和混合loop-mediated等温扩增试剂(灯)放大病毒RNA。30分钟的放大后,混合物夏洛克试剂添加到室,然后注入到eRapid电极。

没有SARS-CoV-2遗传物质的混合物,附加单链(ssDNA)分子与生物素结合的分子称为肽核酸(机构)在电极表面。然后生物素结合到另一个分子的混合物称为poly-HRP-streptavidin,导致第三个分子,tetramethylbenzidine(三甲)沉淀出液体溶液的固体。当电极上的固体三甲的土地,它改变它的导电性。检测到这种变化的不同数量的电流流过电极,表明病毒的样本是免费的。

如果任何SARS-CoV-2遗传物质存在于唾液样本,然而,夏洛克混合物中的CRISPR酶以及ssDNA削减它。这个切割动作从ssDNA分离生物素分子,所以当ssDNA结合机构,它不触发一系列反应,导致三甲沉淀到电极上。因此,电极的导电率是不变,表明积极的测试结果。

“PNA-based的集成分析poly-HRP-streptavidin /三甲反应化学,我们创建了这个设备允许我们探测到的存在SARS-CoV-2比原来的荧光技术灵敏度高四倍夏洛克技术,和产生的结果在大约相同的时间,“co-first作者约书亚说彩虹,博士,前Wyss研究所客座研究生现在是一个大学的博士生浴。“这是还能够检测病毒RNA的存在有100%的准确度。”

大于各部分的总和

并行,团队定制的其余三个eRapid电极通过不同点缀COVID-related抗原对哪些病人可以产生抗体:飙升的S1亚单位蛋白(S1)、核糖体绑定域内亚基(S1-RBD)和N蛋白,存在于大多数冠状病毒(N)。如果病人的唾液样本包含一个或多个这些抗体,他们对伴侣结合抗原的电极。二次抗体与生物素抗体将绑定到目标,引发相同的poly-HRP-streptavidin /三甲反应,导致电极的电导率的变化。

研究人员测试了这些antibody-specific传感器使用的人血浆样品从先前SARS-CoV-2阳性的病人。系统能够区分抗体S1, S1-RBD, N,准确率超过95%。

”能够轻易区分不同类型的抗体非常有利于确定病人的免疫力是由于疫苗而感染,和跟踪这些不同的免疫水平的强度随着时间的推移,“Sanjay Sharma Timilsina博士说,前Wyss研究所博士后研究员现在是首席科学家StataDX。“整合与病毒RNA检测便携、多路复用诊断平台提供了一个全面的对病人的健康在感染后,为实现公共政策和疫苗接种战略是至关重要的。”StataDXis commercializing eRapid for neurological, cardiovascular, and renal applications.

最后,团队测试病毒RNA和抗体结合电极利用SARS-CoV-2患者的唾液。他们把唾液分割成两个部分,添加一个部分抗体储层和第二部分设备的RNA水库。两个小时后,他们测量了电极的读数是否正确注册抗体和RNA的存在。

研究小组发现,多路复用芯片正确辨认出正面和负面的RNA和抗体样本有100%的准确度,在同一时间。也是敏感的,能够发现RNA的存在到每微升0.8册。

“目前,缺乏低成本诊断平台,可以准确检测出多个类分子不需要去实验室。我们的系统提供了最好的worlds-high精度和低成本的多路复用平台,可以提供很多有价值的病人和医生的治疗。此外,它很容易适应范围广泛的应用程序,“co-first作者愉快的说。

原型设备的低成本和紧凑的设计是用户友好的,最小化一个病人需要执行步骤的数量,减少用户错误的可能性。定制的墨盒可以很容易地从不同的疾病检测抗原和抗体生产,并且可以适应一个可重用的住房和读出装置,用户将继续在家里。

”对这个诊断设备让我兴奋的是,它结合了高水平的准确性和一个灵活的设计,可以使它成为一个主要的工具在我们阿森纳解决未来的大流行,”柯林斯说,文章的第二作者,谁也terme麻省理工学院医学工程与科学教授。此外,柯林斯是夏洛克生物科学的创始人之一,是发展Wyss理工的夏洛克为COVID-19和其他疾病的诊断。

“我非常自豪的这些团队一起在全球危机,地面大多数活动停止,并创造新的和有用的东西,为即时诊断提供了巨大的希望和管理世界各地的广泛的疾病,”文章的第二作者因格贝尔说,他也是Judah Folkman血管生物学教授哈佛医学院和波士顿儿童医院,以及Hansjorg Wyss Bioinspired工程教授哈佛大学约翰·a·保尔森工程和应用科学学院。

其他论文的作者包括Mohamed Yafia诺兰·杜尔,Wyss研究所的哈尼Sallum城;Galit改变MGH雷根研究所正是从的,麻省理工学院和哈佛大学;乔纳森·李从布莱根妇女医院(BWH),徐Yu雷根研究所正是从和BWH David Wyss研究所的沃尔特HMS, BWH;从麻省理工学院媒体实验室约瑟夫天堂,大学的Pedro Estrela浴。

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