Новое портативное устройство одновременно определяет РНК SARS-CoV-2 и антитела к нему в слюне

Несмотря на то, что первые тесты на наличие SARS-CoV-2 в образце появились почти сразу после начала пандемии, вовремя выявлять зараженных людей до сих пор сложно. Кроме того, требуют ответа и другие вопросы: насколько сильный у человека иммунитет к SARS-CoV-2, иммунитет появился в результате инфекции или после вакцинации, каким штаммом пациент заражен. До сих пор не разработано способа получить ответ на эти вопросы в результате одного теста.

Группа ученых Гарвардского университета и коллабораторы в статье, опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering, описали портативное мультиплексное диагностическое устройство для быстрой диагностики коронавирусной инфекции в домашних условиях. «Лаборатория на чипе», напечатанная на 3D-принтере, одновременно обнаруживает РНК вируса и антитела к SARS-CoV-2 в слюне человека. Слюна была выбрана в качестве объекта исследований, потому что в ней могут быть обнаружены как вирусные частицы, так и антитела к SARS-CoV-2.

Авторы объединили компактную тест-систему на платформе SHERLOCK для быстрого определения РНК SARS-CoV-2 в слюне, получившую разрешение FDA на экстренное использование еще в мае 2020 года, и технологию eRapid для выявления антител к SARS-CoV-2 в сложных биологических жидкостях в домашних условиях, также разработанную в Гарвардском университете. Они использовали быструю версию теста SHERLOCK, известную как STOP, которая сочетает в себе изотермическую амплификацию и термостабильный фермент Cas12 из Alicyclobacillus acidiphilus, способный выдержать высокотемпературную LAMP-амплификацию.

Прототип диагностической платформы автоматически извлекает, концентрирует и амплифицирует РНК SARS-CoV-2 из необработанной слюны пациента, а после обратной транскрипции и петлевой изотермической амплификации обеспечивает детекцию специфичных вирусных последовательностей в пробе на основе системы CRISPR/Cas12.

Поскольку необработанная слюна вязкая и содержит нуклеазы, которые могут ингибировать последующую реакцию, вирусную РНК обычно выделяют из слюны с помощью дорогостоящих и сложных наборов для очистки нуклеиновых кислот. Чтобы устранить необходимость в очистке образцов слюны перед тестом, исследователи экспериментировали с различными рабочими процедурами подготовки образцов и обнаружили, что инкубация слюны с раствором протеиназы K32 при 55°C с последующей инактивацией при 95°C эффективно лизировала вирусную оболочку, не снижая точности последующего обнаружения вирусной РНК.

«Лаборатория на чипе» представляет собой микрожидкостную систему, состоящую из нескольких резервуаров, каналов и нагревательных элементов для автоматического смешивания и переноса веществ внутри прототипа устройства без участия пользователя. В первой камере слюна соединяется с протеиназой K32, вирусные частицы разрушаются, высвобождая РНК, а слюна становится более жидкой. Затем образец перекачивается в реакционную камеру, где он нагревается и смешивается с реагентами для петлевой изотермической амплификации, которые амплифицируют вирусную РНК. Через 30 минут амплификации в камеру добавляют смесь, содержащую реагенты к платформе SHERLOCK, а затем образец слюны перекачивается на электрод тест-системы eRapid.

Технология eRapid основана на электрохимических методах. В камере находится четыре электрода. Один из них задействуется для того, чтобы подтвердить или опровергнуть присутствие вирусной РНК. Три других нужны для определения содержания антител к различным антигенным участкам вируса.

Авторы исследования проверили работу прототипа на образцах человеческой плазмы крови пациентов с COVID-19. Тест-система подтвердила диагноз. Ученые показали, что с помощью диагностической платформы можно различать антитела на разные антигены вируса с точностью более 95%. Это важно, так как позволяет понять, обусловлен иммунитет человека перенесенной болезнью или вакцинацией.

Команда ученых подтвердила, что мультиплексная «лаборатория на чипе» с точностью 100% идентифицируют в слюне вирусные РНК и иммунные антитела одновременно. Тест-система очень чувствительна и способна определить содержание РНК при концентрации 0,8 копии/мкл. Время анализа составляет около двух часов.

Подробнее про систему SHERLOCK — на PCR.NEWS.