מיליליטר דם מכיל כ-15 טיפות בודדות. עבור אדם עם וירוס כשל חיסוני אנושי (HIV), כל טיפת דם יכולה להכיל בין פחות מ-20 עותקים של הנגיף ליותר מ-500,000 עותקים. זה מה שנקרא עומס ויראלי, זה מה שנמדד כדי לאפשר לרופאים להבין כיצד המטופלים מגיבים לתרופות אנטי-ויראליות ולעקוב אחר התקדמות פוטנציאלית.
יש לחזור על בדיקת העומס הנגיפי שגוזל זמן רב, כאשר המטופל עובר טיפול. כעת, צוות מחקר של פן סטייט פיתח בדיקה דיגיטלית חסכונית בזמן ובמחיר שיכול למדוד ישירות את נוכחות ה-HIV בטיפת דם אחת. הם פרסמו את העבודה ב ACS Nano.
לדברי המחבר המקביל Weihua Guan, פרופסור חבר להנדסת חשמל והנדסה ביו-רפואית במכללת פן סטייט להנדסה, המבחן הדיגיטלי הוא הצעד הראשון במתן כלי אבחון קליני לשלל מחלות זיהומיות.
בדיקות קונבנציונליות לעומס נגיפי HIV כוללות לקיחת חומר גנטי מהדגימה, הגברה והשוואתה לדגימות ייחוס. בדיקת תקן הזהב, הנקראת RT-PCR, יכולה לייצר אומדן קרוב של העומס הנגיפי בפועל, אך היא אינה מדידה ישירה. גואן והצוות שלו נקטו בגישה ישירה יותר עם המבחן שלהם, שנקרא דיגיטציה עצמית באמצעות מחיצה מבוססת ממברנה אוטומטית (STAMP), שהיא זולה יותר, מהירה יותר ודורשת פחות דם מה-RT-PCR.
"הנה איך זה עובד: אנחנו לוקחים דגימה קטנה מדם של אדם ומחלצים ממנו את ה-RNA הנגיפי – החומר הגנטי של הנגיף", אמר גואן. "לאחר מכן אנו מערבבים את ה-RNA הזה עם חלבון מיוחד בשם Cas13, שהוא חלק ממערכת CRISPR."
CRISPR-Cas13 הוא "כלי מהפכני", אמר גואן, המאפשר לחוקרים למקד ולתפעל רצפי RNA. במחקר זה, החוקרים ממנפים את הטכנולוגיה לא בגלל יכולות העריכה שלה, אלא בגלל פוטנציאל האבחון שלה. הם משתמשים ב-CRISPR-Cas13 כדי לזהות ולאותת נוכחות של HIV.
לאחר שילוב ה-RNA עם Cas13, החוקרים מניחים קרום פוליקרבונט ננופורי – מסנן דק זמין, מה שהופך אותו לחומר חסכוני, אמר גואן – על התערובת. הננו-נקבוביות כל כך זעירות שהם יכולים לחלק את התערובת לטיפות בודדות המכילות רק מולקולת RNA אחת, שהחלבון Cas13 מחובר אליה. אם HIV נמצא במולקולת ה-RNA, החלבון Cas13 – שמופעל על ידי HIV RNA – יחתוך מולקולות מדווחות, וייצור אות שהחוקרים יכולים לזהות.
"על ידי ספירת מספר הטיפות המציגות את האות הזה, נוכל לקבוע את כמות ה-HIV בדמו של האדם", אמר גואן. "ככל שיותר טיפות עם האות, כך העומס הנגיפי גבוה יותר."
החוקרים בדקו גישה זו עם RNA סינתטי של HIV כדי לייעל את המבחן עבור רגישות ודיוק לפני בדיקת פלזמה מעבדתית ובסופו של דבר דגימות פלזמה של חולים. הם אימתו את שיטת STAMP על ידי כימת עומסי נגיפי HIV ב-20 דגימות פלזמה של חולים עם דיוק דומה לשיטת RT-PCR המסורתית, שבדרך כלל דורשת יותר דם. גואן אמר שהם עובדים על רכישת דגימות נוספות כדי להמשיך בבדיקות שלהם.
הצוות גם מצא שהגישה יכולה לספק הערכה מדויקת לעומסים של נגיפי HIV ב-2,000 עותקי וירוסים לכל מיליליטר דם או יותר. עומס ויראלי נחשב נמוך כאשר יש פחות מ-10,000 עותקים של הנגיף למיליליטר; לא ניתן לזיהוי ב-20 עותקים או פחות; וברמה גבוהה של כ-100,000 עותקים, אבל יכול להרחיב מעבר למיליון.
לדברי גואן, טווח הזיהוי של 2,000 עד 10,000 יכול להיות חשוב עבור רופאים שעוקבים אחר חולים לריבאונד ויראלי. אנשים שעוברים טיפול אנטי-רטרו-ויראלי (ART) יכולים להשיג רמות וירוסים בלתי ניתנות לזיהוי, כלומר הם לא יכולים עוד להעביר את הנגיף מינית, אך עלייה ברמות הנגיף יכולה להעיד על אדם שמפתח עמידות ל-ART או בעיה אחרת.
"בעוד שנדרשים שיפורים נוספים כדי לשפר את מגבלת הזיהוי שלה ולהפוך את ההגדרה לאוטומטית, שיטת ה-CRISPR הדיגיטלית מבוססת STAMP מראה פוטנציאל גדול לקידום ניטור עומס נגיפי HIV", אמר גואן, והסביר כי החוקרים מתכננים להמשיך ולשפר את היעילות והדיוק של הפלטפורמה. לכמת מספר וירוסים, במטרה בסופו של דבר להביא את המכשיר לשוק.
מחברים שותפים כוללים את Reza Nouri ו-Tianyi Li, שניהם סטודנטים לתואר שני בהנדסת חשמל; יוקיאן ג'יאנג ואנתוני ג'יי פוליצה, שניהם סטודנטים לתואר שני בהנדסה ביו-רפואית; וואלאס ה. גרין, פרופסור חבר אמריטוס, ויושנג ג'ו, פרופסור, שניהם במחלקה לפתולוגיה, מכללת פן סטייט לרפואה; ג'ונתן ג'יי נונז, עוזר פרופסור במחלקה לרפואה, מכללת פן סטייט לרפואה, ורופא פנימי במרכז הרפואי Penn State Health Milton S. Hershey; ושיאוג'ון ליאן, פרופסור חבר להנדסה ביו-רפואית ולביולוגיה, המזוהה גם עם מכון האק למדעי החיים.
המכונים הלאומיים לבריאות והקרן הלאומית למדע תמכו בעבודה זו.
קישור לכתבת המקור – 2023-06-27 19:30:00
