研究人员开发了一种更敏感、更快速的家庭COVID-19检测方法

加州理工学院的研究人员开发了一种新的COVID-19家用检测方法，其灵敏度是目前最先进的抗原检测方法的两倍多。虽然该检测方法是为COVID-19开发的，但该技术也可以用作设计检测其他病原体的检测方法的平台。

这项研究是在奈尔斯·皮尔斯(Niles Pierce)的实验室进行的，他是应用与计算数学和生物工程教授，也是生物学和生物工程的执行官，并在该杂志的一篇论文中进行了描述ACS传染病．

很多人都想到了诊断作为‘已解决的问题’，”皮尔斯说。“但随着COVID-19大流行，我们很快认识到，将诊断快速扩展到人群水平是一项巨大挑战。不幸的是，我们知道我们未来将面临更多的流行病，我们需要做好应对准备。”

对COVID-19进行无仪器家用检测的一个主要挑战是，特定样本中SARS-CoV-2(导致该疾病的病毒)的含量非常低。通过基于实验室的聚合酶链反应(PCR)检测，患者样本中存在的任何病毒RNA基因组片段都被用于产生多个DNA副本，从而产生更容易检测到的放大信号。样本中即使是微量的SARS-CoV-2也可以通过PCR检测到，这使其成为检测感染的金标准。然而，基于实验室的PCR检测需要昂贵的设备和几个小时的运行时间。

另一方面，家用快速检测的优点是不需要仪器，但通过使用特殊设计的抗体将彩色报告分子粘附在样本中存在的任何SARS-CoV-2蛋白质上，从而产生未放大的信号。如果样本中没有太多的病毒，颜色的亮度——信号——就会很微弱，甚至无法检测到。这可能导致假阴性结果，即使在个人COVID-19实际上呈阳性的情况下也是如此。

在这项新工作中，皮尔斯实验室的研究人员将无需仪器的轻松在家测试与放大技术相结合。为了做到这一点，他们使用了一种称为杂交链式反应(HCR)的技术，这种技术可以增强报告分子的信号。有了这种新测试，每一个被捕获的病毒蛋白质都会长出一长串DNA。这种DNA不编码任何生物，而是作为一个特殊设计的支架，许多彩色的报告分子可以附着在上面。通过这种方式，每个病毒粒子都会发出更“明亮”的信号。在一个巧妙的工程过程中，该团队设计了放大测试，使每个步骤在一个扑克牌大小的一次性设备中依次发生，无需用户干预。

研究小组将他们的新HCR测试与五种商业上可用的抗原测试进行了比较。他们的测试比最好的家庭测试灵敏2.5倍，比最差的家庭测试灵敏100倍，尽管他们没有获得用于商业测试的专有抗体。

这篇论文的两位第一作者，研究生塞缪尔·舒尔特(Samuel Schulte)和博士后学者黄吉宁(Jining Huang)，各自从不同的角度专注于开发这项测试。舒尔特设计了一种用于检测新冠病毒蛋白质的HCR测试，而黄则致力于制作一种用于检测新冠病毒RNA基因组的HCR测试。每种方法都有自己的优点:虽然RNA测试可以更快地重新编程，以检测来自不同病原体的遗传物质，但RNA测试目前仍然需要一个额外的加热步骤，这使得它不如蛋白质测试更容易使用。

该团队计划继续改进这两种测试，并与行业合作伙伴联系，将测试推向市场。

皮尔斯指出，舒尔特和黄在2020年3月COVID-19开始关闭美国后，几乎立即开始在家进行HCR测试。“我们不知道它是如何传播的，我们没有疫苗，我们也没有能力在洛杉矶县进行检测，”他说。“他们走进实验室，试图在那个历史时刻解决这个问题，这是一种勇敢的行为。”

Merkin研究所所长、Allen V. C. Davis和Lenabelle Davis领导主席以及布伦分子生物学教授Barbara Wold说:“COVID-19大流行是一位魔鬼老师。“COVID向我们表明，我们根本没有准备好进行世界迫切需要的快速、廉价、敏感的家庭检测。尽管抗原检测已经取得了进展，但需求还远远没有完全满足，现代超连接世界的生物学表明，未来会有疫情和大流行，我们需要更好的检测。在Merkin，我们很高兴看到HCR从单纯的研究工具转变为一种有前途的新测试技术。”