Forskere udvikler billig chip til at detektere tilstedeværelse og mængde af COVID-19 antistoffer

Robust og udbredt antistoftest er fremstået som en nøglestrategi i kampen mod SARS-CoV-2, den virus, der er ansvarlig for COVID-19-pandemien. De nuværende testmetoder er imidlertid for unøjagtige eller for dyre til at være gennemførlige på global skala. Men nu, forskere ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har udviklet en hurtig, pålidelig og billig antistoftest.

Enheden, beskrevet i en proof-of-concept undersøgelse offentliggjort i denne uge i Biosensorer og bioelektronik , bruger bærbar lab-on-a-chip-teknologi til nøjagtigt at måle koncentrationen af ​​antistoffer til stede i fortyndet blodplasma.

Antistoffer er proteiner produceret af immunsystemet for at neutralisere virussen. Forskning har fundet ud af, at COVID-19-antistoffer er til stede i de senere infektionsstadier og kan blive hængende i blodet, efter at infektionen er ryddet, gør det muligt at identificere tidligere inficerede personer. Antistoftests er således et vigtigt middel til at bestemme den fulde spredning af coronavirus - oplysninger, der er afgørende for at guide folkesundhedspolitikken.

Og alligevel har mange nationer hidtil undladt at anvende storstilet antistoftest.

"Mange eksisterende platforme til antistoftests er nøjagtige og pålidelige, men de er dyre og skal udføres i et laboratorium af uddannede operatører. Det betyder, at det kan tage timer, eller endda dage, for at opnå resultater, "sagde Dr. Riccardo Funari, første forfatter og postdoktor i Micro/Bio/Nanofluidics Unit på OIST. "Andre tests er lettere at bruge, bærbar og hurtig, men er ikke tilstrækkeligt præcise, hvilket hæmmer testindsatsen. "

Forskerne undgik denne afvejning mellem nøjagtighed og tilgængelighed ved at udvikle en alternativ antistoftestplatform, der kombinerer en kraftfuld lysfølsom teknologi med en mikrofluidisk chip. Chippen giver resultater inden for 30 minutter og er meget følsom, detekterer selv den laveste klinisk relevante antistofkoncentration. Hver chip er billig at fremstille og negerer behovet for et laboratorium eller uddannede operatører, øge gennemførligheden af ​​landsdækkende test.

Og der er en anden markant fordel ved denne nyudviklede platform. "Testen registrerer ikke bare, om antistofferne er til stede eller fraværende - den giver også oplysninger om mængden af ​​antistoffer, der produceres af immunsystemet. Med andre ord, det er kvantitativt, "sagde professor Amy Shen, der leder Micro/Bio/Nanofluidics Unit. "Dette udvider i høj grad sine potentielle applikationer, fra behandling af COVID-19 til brug i udvikling af vacciner. "

Oplysning af antistofferne

Antistoftestplatformen består af en mikrofluid -chip, der er integreret med en fiberoptisk lysprobe. Selve chippen er lavet af et guldbeklædt glasglas med en indlejret mikrofluidkanal. Ved hjælp af en elektrisk spænding, holdet fremstillede titusinder af små spidsede guldstrukturer, hver mindre end lysets bølgelængde, på et glasglas.

Forskerne modificerede derefter disse guld-nanospikes ved at vedhæfte et fragment af SARS-CoV-2 spike-proteinet. Dette protein er afgørende for at hjælpe coronavirus med at inficere celler og forårsager en stærk reaktion fra en inficeret persons immunsystem.

I denne proof-of concept undersøgelse, forskerne demonstrerede princippet bag, hvordan testen opdager antistoffer ved hjælp af kunstige menneskelige plasmaprøver tilsat COVID-19-antistoffer, der er specifikke for spike-proteinet.

Brug en sprøjtepumpe, prøven trækkes gennem chippen. Når plasmaet flyder forbi de proteinbelagte guld-nanospikes, antistofferne binder sig til piggproteinfragmenterne. Denne bindingshændelse detekteres derefter af den fiberoptiske lysprobe.

"Detektionsprincippet er enkelt, men kraftfuldt, "sagde Dr. Funari. Han forklarede, at det er baseret på elektroners unikke adfærd på overfladen af ​​guld -nanospikes, som svinger sammen, når de bliver ramt af lys. Disse resonerende elektroner er meget følsomme over for ændringer i det omgivende miljø, såsom binding af antistoffer, som forårsager et skift i lysets bølgelængde absorberet af nanospikes.

"Jo flere antistoffer, der binder, jo større forskydning i bølgelængden af ​​det absorberede lys, "tilføjede Dr. Funari." Den fiberoptiske sonde er forbundet til en lysdetektor, der måler dette skift. Ved hjælp af disse oplysninger, vi kan bestemme koncentrationen af ​​antistoffer i plasmaprøven. "

En lys fremtid

Den store udrulning af en kvantitativ test kan i høj grad påvirke, hvordan COVID-19 behandles.

For eksempel, kvantitative tests kan hjælpe læger med at spore, hvor effektivt en patients immunsystem bekæmper virussen. Det kan også bruges til at identificere egnede donorer til en lovende eksperimentel behandling, kaldet plasma transfusionsterapi, hvor en genoprettet patients antistofrige blod doneres til i øjeblikket inficerede patienter for at hjælpe dem med at bekæmpe virussen.

At være i stand til at måle niveauet af immunrespons kan også hjælpe med udvikling af vacciner, giver forskere mulighed for at bestemme, hvor effektivt en forsøgsvaccine udløser immunsystemet.

Imidlertid, forskerne understregede, at enheden stadig er under aktiv udvikling. Enheden har til formål at reducere chipstørrelsen for at reducere produktionsomkostninger og arbejder også på at forbedre testens pålidelighed.

"Vi har vist, at enheden virker til at detektere forskellige koncentrationer af spike -proteinantistoffet i kunstige humane plasmaprøver. Vi ønsker nu at udvide testen, så chippen kan detektere flere forskellige antistoffer på samme tid, "sagde Dr. Funari." Når enheden er optimeret, Vi planlægger at samarbejde med lokale hospitaler og medicinske institutioner for at udføre test på rigtige patientprøver. "