Новый диагностический инструмент сочетает точность ПЦР с быстродействием нанопор

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Круз и их коллабораторы разработали диагностическую систему, способную обнаруживать вирусы SARS-CoV-2 и Зика с точностью, сопоставимой или превосходящей ПЦР-тесты, за несколько часов.

Проблемы текущих методов

ПЦР-тестирование, оставаясь «золотым стандартом», имеет недостатки: сложность, необходимость в квалифицированных операторах, централизованных лабораториях и длительное время получения результатов (иногда дни). Процесс амплификации может усиливать ошибки, а метод детектирует только нуклеиновые кислоты, но не другие биомаркеры (например, белки).

Принцип работы новой системы

Система объединяет оптофлюидику (управление микропотоками жидкостей светом) и нанопоровую технологию для подсчета единичных нуклеиновых кислот в формате «лаборатория-на-чипе»:

  1. Подготовка пробы: Биожидкость (слюна, кровь, мазок из зева) смешивается с магнитными микрошариками, покрытыми РНК-зондами, комплементарными искомому вирусу.
  2. Связывание: Вирусная РНК из образца связывается с шариками.
  3. Сепарация и анализ: Шарики вводятся в кремниевый микрофлюидный чип. Луч света прижимает их к стенке канала, где расположена нанопора диаметром 20 нм. Нагрев высвобождает РНК с шариков, и она втягивается в нанопору для детекции.

Система не требует амплификации и не использует метки (label-free), что упрощает и ускоряет процесс.

Результаты и перспективы

  • Испытания на биоматериалах бабуинов и мартышек показали, что система детектировала вирус во всех случаях, где это удавалось ПЦР, даже при крайне низких концентрациях.
  • В некоторых случаях система показала более высокую точность, чем ПЦР.
  • Тестирование прошло на шести типах биожидкостей, что полезно для изучения распределения вируса в организме.
  • Система компактна и может быть размещена непосредственно в лаборатории, сокращая время получения результатов с дней до часов.

В будущем технологию можно адаптировать для обнаружения любого вируса при наличии генетического образца, реализовать мультиплексирование (одновременный поиск нескольких патогенов) и разработать инструменты для диагностики по онкологическим биомаркерам и другим заболеваниям. На коммерциализацию концепции могут уйти годы.