工程师研发出一种新的新冠检测方法。
这款台式设备可在约一小时内从唾液样本中检测出SARS-CoV-2。
研究表明，其准确度与常用的PCR检测相当。
麻省理工学院和哈佛大学的工程师设计出一款小型台式设备，可在约一小时内从唾液样本中检测出SARS-CoV-2。在一项新研究中，他们表明该诊断方法的准确度与目前使用的PCR检测相当。
该设备还可用于检测与目前正在传播的部分SARS-CoV-2变异株相关的特定病毒突变。这一结果同样可在一小时内获得，有望大幅简化对病毒不同变异株的追踪工作，尤其是在无法获得基因测序设施的地区。
“我们证明，我们的平台可以被编程以检测新出现的变异株，而且我们可以相当迅速地对其进行重新利用，”麻省理工学院医学工程与科学研究所（IMES）及生物工程系的Termeer医学工程与科学教授詹姆斯·柯林斯（James Collins）说。“在这项研究中，我们针对的是英国、南非和巴西的变异株，但你可以很容易地调整该诊断平台，以应对Delta变异株以及其他新出现的变异株。”
研究人员表示，这种依赖CRISPR技术的新型诊断设备组装成本约为15美元，但如果大规模生产，成本有望大幅下降。
柯林斯是这项新研究的资深作者，该研究今天发表于《科学进展》。该论文的主要作者包括：海伦娜·德普伊格（Helena de Puig），哈佛大学Wyss生物启发工程研究所博士后；罗丝·李（Rose Lee），波士顿儿童医院和贝斯以色列执事医疗中心儿科讲师，同时是Wyss研究所访问研究员；德沃拉·纳贾尔（Devora Najjar），麻省理工学院媒体实验室研究生；谭晓（Xiao Tan），Wyss研究所临床研究员，同时是马萨诸塞州总医院胃肠病学讲师。
一种独立式诊断方法
这项新诊断方法基于SHERLOCK，这是柯林斯及其同事首次于2017年报道的一种基于CRISPR的工具。该系统的组成部分包括：可识别特定目标RNA序列的RNA引导链，以及可切割这些序列并产生荧光信号的Cas酶。所有这些分子组分都可冷冻干燥以长期保存，并在接触水后重新激活。
去年，柯林斯实验室开始着手将这项技术改造用于检测SARS-CoV-2病毒，希望能够设计出一种可快速出结果、且几乎无需专业知识即可操作的诊断设备。他们还希望该设备能够处理唾液样本，使用者操作更为便捷。
为此，研究人员必须加入一个关键的预处理步骤，以灭活被称为唾液核酸酶的酶类，这类酶会破坏RNA等核酸。样本进入设备后，核酸酶会通过加热和两种化学试剂被灭活。随后，唾液通过一层膜，病毒RNA被提取并浓缩。
“正是这层膜使我们能够收集并浓缩核酸，从而达到我们在这款诊断设备中所展现的灵敏度，”李说。
随后，该RNA样本与冷冻干燥的CRISPR/Cas组分接触，这些组分通过设备内部自动刺破密封水包而被激活。这一单管反应可扩增RNA样本，并检测目标RNA序列（如果存在）。
“我们的目标是打造一种完全独立、无需其他设备的诊断方法，”谭说。“基本上，患者只需向这台设备吐出唾液，然后按下活塞，一小时后即可获得结果。”
研究人员将该设备命名为微型化SHERLOCK（miSHERLOCK），并将其设计为最多可包含四个模块，每个模块检测不同的目标RNA序列。原始模块包含可检测任何SARS-CoV-2毒株的RNA引导链。其他模块则针对过去一年出现的部分变异株相关突变，包括B.1.1.7、P.1和B.1.351。
研究人员开展这项研究时，Delta变异株尚未广泛传播，但由于该系统已经建成，他们表示设计一个用于检测该变异株的新模块应当较为简便。该系统还可以很容易地被编程，以监测可能使病毒传染性更强的新突变。
“如果你想开展更广泛的流行病学调查，可以在某个令人担忧的突变出现于人群之前设计检测方法，以监测刺突蛋白中可能具有危险性的突变，”纳贾尔说。
追踪变异株
研究人员首先使用添加了合成SARS-CoV-2 RNA序列的人类唾液测试了他们的设备，随后又使用约50份来自确诊阳性患者的样本进行了测试。结果发现，该设备的准确度与目前使用的金标准PCR检测相当；而PCR检测需要采集鼻拭子，耗时更长，且需要明显更多的硬件设备和样本处理步骤才能得出结果。
该设备可产生肉眼可见的荧光读数。研究人员还设计了一款智能手机应用程序，可读取检测结果并将其发送至公共卫生部门，以便更轻松地进行追踪。
研究人员认为，其设备的生产成本可低至每台2至3美元。如果获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准并大规模生产，他们设想这类诊断方法既可供希望在家中检测的人士使用，也可用于那些无法广泛获得PCR检测或SARS-CoV-2变异株基因测序服务地区的医疗保健中心。
“能够检测和追踪这些变异株对于有效的公共卫生工作至关重要，但遗憾的是，目前变异株只能在专业流行病学中心通过核酸测序进行诊断，而即使在资源丰富的国家，这类中心也十分稀缺，”德普伊格说。
该研究由以下机构资助：Wyss研究所；Paul G. Allen前沿研究小组；哈佛大学艾滋病研究中心（由美国国立卫生研究院提供支持）；Burroughs-Wellcome美国热带医学与卫生学会博士后奖学金；美国胃肠病学会武田制药研究学者奖；以及麻省理工学院-TATA中心奖学金。
