מהנדסים מאוניברסיטת MIT ואוניברסיטת הרווארד תכננו מכשיר שולחן קטן שיכול לזהות SARS-CoV-2 מדגימת רוק תוך כשעה. במחקר חדש, הם הראו כי האבחנה מדויקת בדיוק כמו בדיקות ה- PCR בהן משתמשים כיום.
ניתן להשתמש במכשיר גם לאיתור מוטציות ויראליות ספציפיות המקושרות לכמה מהגרסאות SARS-CoV-2 המסתובבות כעת. ניתן להשיג תוצאה זו גם תוך שעה, דבר שעלול להקל על מעקב אחר גרסאות שונות של הנגיף, במיוחד באזורים שאין להם גישה למתקני רצף גנטיים.
"הוכחנו שניתן לתכנת את הפלטפורמה שלנו לזהות וריאציות חדשות שצצות, וכי נוכל לעשות זאת מחדש די מהר", אומר ג'יימס קולינס, פרופסור להנדסת רפואה ומדע במכון MIT להנדסה רפואית ומדעים (IMES) ו- המחלקה להנדסה ביולוגית. "במחקר זה, מיקדנו את הגרסאות הבריטיות, הדרום אפריקאיות והברזילאיות, אך תוכל להתאים בקלות את פלטפורמת האבחון כך שיתייחס לגרסת הדלתא ואחרות המתעוררות".
ניתן לאסוף את האבחון החדש, המסתמך על טכנולוגיית CRISPR, תמורת כ -15 דולר, אך העלויות הללו עלולות לרדת משמעותית אם המכשירים יוצרו בקנה מידה גדול, אומרים החוקרים.
קולינס הוא המחבר הבכיר של המחקר החדש, המופיע היום ב התקדמות מדעית. הכותבים הראשיים של העיתון הם הלנה דה פויג, פוסט -דוקטורט במכון וויס של אוניברסיטת הרווארד להנדסה בהשראה ביולוגית; רוז לי, מדריכה ברפואת ילדים בבית החולים לילדים של בוסטון ובמרכז הרפואי דיקנס בית ישראל ועמיתת ביקור במכון ויסס; דבורה נג'אר, סטודנטית לתואר שני במעבדת המדיה של MIT; ושיאו טאן, עמית קליני במכון וויס ומדריך בגסטרואנטרולוגיה בבית החולים הכללי במסצ'וסטס.
אבחון עצמאי
האבחון החדש מבוסס על SHERLOCK, כלי מבוסס CRISPR שעליו דיווחו קולינס ואחרים לראשונה בשנת 2017. מרכיבי המערכת כוללים גדיל מדריך RNA המאפשר זיהוי של רצפי RNA ספציפיים למטרה, ואנזימי Cas המפרקים רצפים אלה ומייצרים אות ניאון. כל הרכיבים המולקולריים הללו ניתנים לייבוש בהקפאה לאחסון לטווח ארוך ולהפעלתם מחדש עם חשיפה למים.
בשנה שעברה, המעבדה של קולינס החלה לעבוד על התאמת טכנולוגיה זו לאיתור וירוס SARS-CoV-2, בתקווה שיוכלו לעצב מכשיר אבחון שיכול להניב תוצאות מהירות ולהיות מופעל עם מעט או ללא מומחיות. הם גם רצו שזה יעבוד עם דגימות רוק, מה שמקל עוד יותר על המשתמשים.
כדי להשיג זאת, החוקרים היו צריכים לשלב שלב קריטי של עיבוד מוקדם המשבית אנזימים הנקראים גרעיני רוק, ההורסים חומצות גרעין כגון RNA. לאחר שהמדגם נכנס למכשיר, הגרעינים מופעלים על ידי חום ושני ריאגנטים כימיים. לאחר מכן, RNA ויראלי מופק ומרוכז על ידי העברת הרוק דרך קרום.
"הממברנה הזו הייתה המפתח לאיסוף חומצות הגרעין ולריכוזן כך שנוכל לקבל את הרגישות שאנו מגלים בעזרת אבחון זה", אומר לי.
דגימת RNA זו נחשפת לאחר מכן לרכיבי CRISPR/Cas מיובשים בהקפאה, המופעלים על ידי ניקוב אוטומטי של מנות מים אטומות בתוך המכשיר. התגובה של סיר אחד מגבירה את דגימת ה- RNA ולאחר מכן מזהה את רצף ה- RNA היעד, אם קיים.
"המטרה שלנו הייתה ליצור אבחון עצמאי לחלוטין שאינו דורש ציוד אחר", אומר טאן. "בעיקרו של דבר החולה יורק לתוך המכשיר הזה, ואז אתה דוחף את הבוכנה כלפי מטה ותקבל תשובה כעבור שעה."
החוקרים עיצבו את המכשיר, שאותו הם מכנים SHERLOCK המכיל מינימלי (miSHERLOCK), כך שהוא יכול להכיל עד ארבעה מודולים שכל אחד מהם מחפש רצף RNA אחר למטרה. המודול המקורי מכיל קווצות מדריך RNA המזהות כל זן של SARS-CoV-2. מודולים אחרים ספציפיים למוטציות הקשורות לחלק מהגרסאות שצצו בשנה האחרונה, כולל B.1.1.7, P.1 ו- B.1.351.
גרסת הדלתא עדיין לא הייתה נפוצה כאשר החוקרים ביצעו מחקר זה, אך מכיוון שהמערכת כבר בנויה, הם אומרים כי צריך להיות פשוט לתכנן מודול חדש לאיתור גרסה זו. ניתן לתכנת את המערכת בקלות גם כדי לעקוב אחר מוטציות חדשות שעלולות להפוך את הנגיף לזיהום יותר.
"אם אתה רוצה לעשות יותר סקר אפידמיולוגי רחב, אתה יכול לתכנן מבחנים לפני שמוטציה של דאגה תופיע באוכלוסייה, כדי לעקוב אחר מוטציות שעלולות להיות מסוכנות בחלבון הספייק", אומר נג'אר.
גרסאות מעקב
החוקרים בדקו תחילה את המכשיר שלהם עם רוק אנושי עם רצפי RNA סינתטיים מסוג SARS-CoV-2, ולאחר מכן עם כ -50 דגימות מחולים שנבדקו חיוביים לנגיף. הם מצאו שהמכשיר מדויק בדיוק כמו בדיקות ה- PCR הסטנדרטיות לזהב, שדורשות כעת ספוגיות לאף ולוקחות יותר זמן ויותר חומרה וטיפול בדגימות כדי להניב תוצאות.
המכשיר מייצר קריאה פלואורסצנטית שניתן לראות בעין בלתי מזוינת, והחוקרים גם עיצבו אפליקציית סמארטפון שיכולה לקרוא את התוצאות ולשלוח אותן למחלקות בריאות הציבור למעקב קל יותר.
החוקרים סבורים כי ניתן לייצר את המכשיר שלהם במחיר של $ 2 עד $ 3 למכשיר. אם הם אושרו על ידי ה- FDA ומיוצרים בהיקפים גדולים, הם חושבים שאבחון מסוג זה יכול להיות שימושי לאנשים שרוצים להיות מסוגלים לבדוק בבית, או במרכזי בריאות באזורים ללא גישה נרחבת לבדיקות PCR או רצף גנטי. של גרסאות SARS-CoV-2.
"היכולת לזהות ולעקוב אחר גרסאות אלה חיונית לבריאות הציבור האפקטיבית, אך למרבה הצער, וריאנטים מאובחנים כיום רק על ידי רצף חומצות גרעין במרכזים אפידמיולוגיים מיוחדים שנדירים אפילו במדינות עתירות משאבים", אומר דה פויג.
המחקר מומן על ידי מכון ויסס; קבוצת פול ג 'אלן גבולות; המרכז לחקר האיידס באוניברסיטת הרווארד, הנתמך על ידי המכונים הלאומיים לבריאות; חברה פוסט-דוקטורט של Burroughs-Wellcome האמריקאית לרפואה טרופית והיגיינה; פרס אמריקאי לגסטרואנטרולוגי האמריקאי Takeda מחקר למחקר התרופות; ומלגת מרכז MIT-TATA.
.
קישור לכתבת המקור – 2021-08-06 22:59:01
