Forskerhold udvikler billige, nøjagtig COVID-19 antistofdetektionsplatform

En robust, lavpris billedbehandlingsplatform, der bruger lab-on-a-chip teknologi skabt af University of California, Irvine-forskere kan være tilgængelige for hurtig diagnostik af coronavirus og antistoftest i hele landet ved årets udgang.

UCI-systemet kan gå en lang vej mod udrulning af en vaccine mod COVID-19 og mod at genåbne økonomien, da begge kræver omfattende testning for virussen og dens antistoffer. Indtil nu, antistoftestning i USA har været for unøjagtig eller dyr til at nå de nødvendige tal.

Men UCI-efterforskerne Weian Zhao, Per Niklas Hedde, Enrico Gratton og Philip Felgner mener, at deres nye teknologi kan hjælpe med at accelerere testprocessen hurtigt og overkommeligt. Deres opdagelse vises i journalen Lab on a Chip , som er udgivet af Royal Society of Chemistry.

"Vi skal teste millioner af mennesker om dagen, og det er vi meget langt fra, sagde Hedde, en projektforsker i farmaceutiske videnskaber og undersøgelsens hovedforfatter. "Denne nøjagtige testplatform gør det muligt for offentlige sundhedsofficerer at implementere individualiserede afbødningsstrategier, der er nødvendige for sikkert at genåbne landet og økonomien."

Hvordan det virker

Brug af blod fra et fingerstik, UCI-testen sonderer hundredvis af antistofreaktioner på 14 luftvejsvira, inklusive SARS-CoV-2, på blot to til fire timer. Identifikation af reaktioner på virusinfektioner med symptomer svarende til COVID-19 vil holde hospitaler fri af patienter med standard forkølelse og influenza.

Resultaterne printes på en billig billedbehandlingsplatform. TinyArray-billedkameraet kombinerer en 3-D-printet prototype med en standard LED og et lille 5-megapixel kamera for at finde markører for mange antistoffer samtidigt. Dette sikrer nøjagtighed svarende til den for dyre billedbehandlingssystemer, men gør platformen bærbar nok til at blive implementeret hvor som helst - til en pris af kun $200.

Den samme enhed kan også behandle resultaterne af almindeligt anvendte næsepodningstests for SARS-CoV-2, så patienter kan testes for COVID-19 og dets antistoffer på en enkelt platform.

I øjeblikket, de fleste antistoftests kontrollerer kun for et eller to antigener, de fremmede stoffer, der får kroppen til at producere antistoffer.

"For en måned eller to siden, test blev lidt betragtet som det vilde vesten, " sagde Zhao, professor i farmaceutiske videnskaber, tilføjer, at de fleste SARS-CoV-2 antistoftests er "bare ikke nøjagtige."

Systemer, der tester for hele rækken af ​​antistoffer, der er nødvendige for pålidelige resultater, kræver billedbehandlingsmaskiner, der koster $10, 000 til $100, 000 og er for omfangsrige til udbredt brug. Områder uden ressourcer til at anskaffe en af ​​disse maskiner skal sende deres prøver til eksterne laboratorier til test, hvilket betyder, at resultater tager dage i stedet for timer.

Stor indflydelse

Storskala test vil afgøre, hvor stor en procentdel af befolkningen, der havde COVID-19, men aldrig viste symptomer, hvilket vil have stor indflydelse på folkesundheden og beslutninger om genåbning.

"Hvad hvis det viser sig, at en større procentdel af befolkningen i et samfund allerede har fået virussen?" sagde Zhao. "Dette betyder, at du er tættere på at opnå flokimmunitet."

Og at forstå, hvilke antistoffer der produceres, og hvor længe de holder, vil være nøglen til at udvikle en effektiv vaccine og administrere den rigtige dosis. Dette kan være kritisk i de kommende år, hvis virussen muterer, kræver opdateringer ligesom årlige influenzavaccinationer.

UCI-holdet har allerede gennemført 5, 000 tests i Orange County, og det endelige mål er at teste 20, 000 prøver pr. enhed om dagen. Forskerne samarbejder med UCI-startups Velox Biosystems Inc. og Nanommune Inc. for at opskalere produktionen. De forventer, at TinyArray imager vil være klar til at blive implementeret i hele USA inden udgangen af ​​2020 og arbejder med forskere i Uruguay, Rusland og Thailand for at udvikle lignende systemer for deres nationer.

"Dette ville være fantastisk for et lavindkomstland, " sagde Hedde. "Fordi apparatets materialer er billige og nemme at få fat på, platformen er nem at fremstille og bruge i områder med lav ressource, gør test tilgængelig på verdensplan."