Η συσκευή χρησιμοποιεί ανιχνευτές DNA για την αναγνώριση του RNA του ιού COVID-19 με ταχύτητα και υψηλή ευαισθησία.
Derong Kong
Ενα μικρό τρανζίστορ που μπορεί να ανιχνεύσει με ακρίβεια μικροσκοπικά ίχνη RNA από το SARS-CoV-2 θα μπορούσε να προαναγγέλλει νέα γρήγορα τέστ για την COVID-19.
( J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c06325 ).
Αν και η συσκευή δεν είναι ακόμη έτοιμη για κλινική χρήση, συνδυάζει ήδη υψηλή ευαισθησία με γρήγορα αποτελέσματα.
Αυτό θα μπορούσε να του δώσει ένα πλεονέκτημα σε σχέση με ορισμένα από τα σημερινά τεστ COVID-19 .
Οι τρέχουσες δοκιμές νουκλεϊκού οξέος, για παράδειγμα, αναζητούν ιικό RNA χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης ποσοτικής αντίστροφης μεταγραφής (qRT-PCR). Αυτές οι δοκιμές είναι ευαίσθητες αλλά αργές, συνήθως χρειάζονται μερικές ώρες για να ολοκληρωθούν.
Αντίθετα, οι αναλώσιμες δοκιμές για αντιγόνα - παρέχουν ταχύτερα αποτελέσματα αλλά δεν είναι τόσο αξιόπιστα όσο το qRT-PCR.
(Οπότε ξεπερνάει την αξιοπιστία του 3% του μοριακού όταν εκτελείται σε 40 κύκλους.)
Το νέο τεστ, που αναπτύχθηκε από τον
Dacheng Wei του Πανεπιστημίου Fudan και τους συνεργάτες του, βασίζεται σε ένα τρανζίστορ κατασκευασμένο από γραφένιο, ένα φύλλο ατόμων άνθρακα με λεπτό άτομο.Αυτό είναι διακοσμημένο με θραύσματα DNA σε σχήμα Υ που στοχεύουν δύο γονίδια που κωδικοποιούνται στο γονιδίωμα RNA του SARS-CoV-2.
Κάθε σκέλος του DNA σε σχήμα Υ φέρει μια αλληλουχία που μπορεί να συνδεθεί σε ένα από τα δύο ιικά γονίδια.
Καθώς περισσότερο ιικό RNA συνδέεται με τους ανιχνευτές DNA, αλλάζει προοδευτικά το ρεύμα που ρέει μέσω του τρανζίστορ γραφενίου από κάτω, επιτρέποντας στους ερευνητές να μετρήσουν το ιικό φορτίο σε ένα δείγμα.
Είναι σημαντικό ότι η μέθοδος δεν απαιτεί ένα βήμα ενίσχυσης νουκλεϊκού οξέος, ένα από τα κύρια σημεία συμφόρησης της qRT-PCR.
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη συσκευή χρησιμοποιώντας δείγματα τεχνητού σάλιου που περιείχαν ιικό RNA και δείγματα ρινοφαρυγγικού επιχρίσματος που συλλέχθηκαν από ασθενείς με επιβεβαιωμένες λοιμώξεις COVID-19.
Αφού ζέστανε τα δείγματα για 30 λεπτά και τα πρόσθεσε απευθείας στο τσιπ, η ομάδα διαπίστωσε ότι η συσκευή παρήγαγε αποτελέσματα σε λιγότερο από ένα λεπτό.
«Το όριο ανίχνευσης της μεθόδου μας είναι επίσης πολύ χαμηλό, ανιχνεύοντας περίπου τρία μόρια RNA του SARS-CoV-2 σε 100 μL διαλύματος», λέει ο Derong Kong, μεταπτυχιακός φοιτητής στο εργαστήριο του Wei και πρώτος συγγραφέας της εργασίας.
Αυτό το όριο ανίχνευσης καθιστά τη δοκιμή 20 φορές πιο ευαίσθητη από το πρότυπο για τις δοκιμές qRT-PCR που ορίζονται από τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων των ΗΠΑ.
«Από την άποψη των αισθητήρων, έχουν πραγματικά καλά αποτελέσματα», λέει η Delphine Bouilly από το Πανεπιστήμιο του Μόντρεαλ, η οποία αναπτύσσει νανοβιοαισθητήρες και δεν συμμετείχε στην εργασία.
Η συσκευή θα μπορούσε επίσης να ανιχνεύσει πολύ χαμηλά επίπεδα ιικού RNA σε συγκεντρωμένα δείγματα όπου ένα θετικό δείγμα είχε αναμειχθεί με τέσσερα αρνητικά.
Η συγκέντρωση δειγμάτων από διαφορετικά άτομα είναι ένας τρόπος για να επιταχυνθεί η δοκιμή, αλλά όταν αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται με qRT-PCR, η αραίωση που εμπλέκεται σημαίνει γενικά ότι απαιτούνται μεγαλύτεροι κύκλοι ενίσχυσης.
Ο Bouilly λέει ότι παρόμοιοι βιοαισθητήρες με βάση το γραφένιο υπάρχουν εδώ και μια δεκαετία περίπου, αλλά συχνά βασίζονται σε μονόκλωνους ανιχνευτές DNA που μερικές φορές μπορεί να μπερδευτούν, μειώνοντας την ευαισθησία των συσκευών.
Αντίθετα, τα θραύσματα DNA σε σχήμα Υ έχουν μια άκαμπτη ελικοειδή δομή στη βάση τους που τα εμποδίζει να μπερδευτούν. Η χρήση δύο σημείων δέσμευσης RNA σε κάθε ανιχνευτή κάνει τη συσκευή ακόμα πιο ευαίσθητη, προσθέτει.
Άλλες διαγνωστικές συσκευές που βασίζονται σε τρανζίστορ γραφενίου έχουν χρησιμοποιήσει ανιχνευτές αντισωμάτων για την αναγνώριση ιικών αντιγόνων
( ACS Nano 2020, DOI: 10.1021/acsnano.0c02823 ).
Αλλά οι συνθετικοί ανιχνευτές DNA που χρησιμοποιούνται στο νέο τρανζίστορ είναι «πολύ λιγότερο ακριβοί και είναι επίσης πολύ πιο προσαρμόσιμοι» από τα αντισώματα, λέει ο Bouilly.
Ο Κονγκ εκτιμά ότι τα υλικά στη συσκευή κοστίζουν μόνο περίπου 1,60 δολάρια και λέει ότι ο βιοαισθητήρας θα μπορούσε να διακοσμηθεί με διαφορετικούς ανιχνευτές DNA για την ανίχνευση άλλων ιών.
Προς το παρόν, το τρανζίστορ δεν έχει ακόμη βελτιστοποιηθεί για μαζική παραγωγή ή κλινική χρήση και αποδίδει καλύτερα όταν χρησιμοποιείται μόνο μία φορά.
Η ομάδα του Wei στοχεύει να κάνει βελτιώσεις, ώστε η συσκευή να μπορεί να καθαριστεί και να επαναχρησιμοποιηθεί χωρίς να χάσει την ευαισθησία της.
πηγή
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου