Новая технология экспресс-теста на COVID-19 выполняет ПЦР быстрее аналогов на рынке
ПЦР (полимеразная цепная реакция) уже более 30 лет является золотым стандартом молекулярной диагностики для обнаружения генетического материала, например, вируса или человеческой ДНК. Однако ПЦР, включая ОТ-ПЦР (обратную транскриптазу ПЦР), в основном проводится в крупных централизованных лабораториях, а не в условиях пунктов оказания медицинской помощи (POC), из-за громоздкого и дорогого оборудования, долгого времени получения результатов и необходимости в обученных техниках. Эти ограничения привели к нехватке точной POC-диагностики и узким местам в получении результатов, особенно во время пандемии COVID-19.
Исследователи из Columbia Engineering и Rover Diagnostics объявили о создании платформы для ОТ-ПЦР, которая даёт результаты за 23 минуты, сопоставимые с более длительными лабораторными тестами — быстрее других ПЦР-тестов на рынке. Её можно адаптировать для тестирования широкого спектра инфекционных заболеваний, включая не только COVID-19, но и грипп, стрептококк и другие вирусы, требующие быстрой диагностики. Её целевая чувствительность выше, чем у других типов тестов, таких как изотермические, антигенные и CRISPR. При весе всего около 900 грамм (2 фунта) система Rover PCR проста в переноске и может использоваться кем угодно.
Цель — быстрые результаты в критически важных местах
«Нашей целью было создать платформу, которую можно использовать там, где критически важен быстрый результат: в аптеках, транспортных узлах, на публичных мероприятиях и на предприятиях для проверки сотрудников, возвращающихся на работу», — сказал профессор биомедицинской инженерии Сэм Сиа.
Система была совместно разработана со стартапом Rover Diagnostics, сооснователями которого в 2018 году стали Сиа и серийный технологический предприниматель Марк Фашиано, CEO компании.
Новый подход к термоциклированию
Платформа использует методы подготовки проб, разработанные в лаборатории Сиа, в сочетании с новым подходом к термоциклированию, обходящим стандартный метод с использованием элемента Пельтье (который нагревает образец снаружи пробирки). Вместо этого система Rover использует фототермический процесс — плазмонное термоциклирование, — который полагается на наночастицы, облучаемые светом, для быстрого генерации тепла изнутри.
Успешное выполнение ОТ-кПЦР
Команда успешно выполнила количественную ОТ-ПЦР (ОТ-кПЦР) в реакционном сосуде, содержащем все реагенты для ПЦР. кПЦР — это текущий золотой стандарт лабораторной техники для выявления инфекции COVID-19. Метод обеспечивает количественное определение инфекционных единиц, но также создаёт ряд препятствий для миниатюризации для POC-использования.
В исследовании, опубликованном в Nature Nanotechnology, исследователи решают эти проблемы, используя плазмонные наночастицы — дискретные металлические частицы, которые в ответ на инфракрасный свет выделяют тепло, — для проведения ОТ-кПЦР в реальном времени и мультиплексного анализа клинических образцов.
«Это действительно должно изменить ситуацию в предоставлении быстрой и точной молекулярной клинической диагностики в децентрализованных условиях», — сказал Фашиано. «Термоциклирование, столь критичное для тестирования ДНК и РНК, теперь можно ускорить, и клиницистам, и пациентам больше не придется так долго ждать результатов».
Команда Rover работает над коммерческим продуктом для обнаружения COVID-19, его вариантов и других инфекционных заболеваний.