En hurtig, effektiv COVID-19-biosensor er under udvikling

Efterhånden som BA.5 omicron-varianten fortsætter med at sprede sig, forbereder sundhedseksperter sig i stigende grad på en fremtid, hvor sådanne COVID-19-varianter dukker op, stiger og aftager, svarende til sæsoninfluenza. En vigtig del af at holde sig på toppen af ​​disse ændringer vil være evnen til hurtigt at overvåge virussen i en "befolkningsskala", en indsats, der vil kræve nøjagtige og ultrahurtige tests.

For at hjælpe med at møde denne udfordring er forskere fra School of Science ved IUPUI ved at udvikle en ny biosensor med potentiale til at opnå den hastighed og effektivitet, der kræves for fremtiden for COVID-19-testning.

Arbejdet blev for nylig rapporteret i ACS Applied Material Interfaces , et tidsskrift fra American Chemical Society. Det ledes af Rajesh Sardar, professor i kemi og kemisk biologi ved School of Science, og Adrianna Masterson, en kandidatstuderende i Sardars laboratorium på tidspunktet for undersøgelsen.

"Alle jagter high-throughput test; denne type højhastighedsanalyse er afgørende for fremtiden for kampen mod COVID-19," sagde Sardar. "Der er mange fordele ved især vores teknologi:Den er hurtig, effektiv, nøjagtig og hidtil uset følsom."

Med hensyn til hastighed kan COVID-19-testen fra Sardars laboratorium i øjeblikket analysere prøver fra 96 ​​individer på under tre timer, sagde han. Med hensyn til effektivt kræver systemet kun 10 mikroliter blod.

Til sammenligning opsamler en typisk blodpanelordre fra en primærlæge 10 milliliter blod - mere end 1.000 gange mere.

Sensoren fungerer også med andre prøvetyper, såsom spyt, sagde Sardar. Men undersøgelsen blev udført ved hjælp af blod, da det er den mest komplekse kropsvæske, og derfor den bedste indikator for en sensors nøjagtighed. Alle testprøver blev hentet fra Indiana Biobank, som leverede 216 blodprøver, herunder 141 prøver fra patienter med COVID-19 og 75 raske kontrolprøver.

Baseret på en blind analyse fandt IUPUI-forskere, at deres biosensors nøjagtighed var 100 procent og dens specificitet var 90 procent. Med andre ord rapporterede sensoren aldrig en falsk negativ og rapporterede kun en falsk positiv i 1 ud af 10 prøver. Af hensyn til den offentlige sikkerhed sagde Sardar, at fraværet af falske negativer er vigtigere end falske positive, fordi en person med en falsk negativ kan ubevidst inficere andre, mens en person med en falsk positiv ikke er en fare.

Derudover sagde Sardar, at sensoren viste sig at være meget nøjagtig til at måle kroppens COVID-19-antistofkoncentration. Dette skyldes, at det ikke kun detekterer virussens spidsprotein, men også de proteiner, som kroppen har skabt for at beskytte mod virussen - immunoglobin G eller IgG.

Han sagde også, at evnen til at måle COVID-19-antistoffer er betydelig, fordi mange COVID-19-antistoftest, der i øjeblikket er godkendt under FDA's nødbrugstilladelse, ikke giver specifikke antistoftællinger, på trods af at dette tal indikerer styrken af ​​en persons immunitet over for infektion.

"Nøjagtig måling af patienters immunitetsniveauer vil være afgørende for at beskytte mod COVID-19 fremover," sagde Sardar. "Dette kan tydeligt ses i vores nuværende situation, da varianter som omicron - og senest BA.5 - inficerer selv fuldt vaccinerede og boostede individer."

For at opnå sine resultater bruger Sardars laboratoriums biosensor kemisk syntetiserede guld trekantede nanoprismer, som giver en enestående kraftig optisk respons på selv små mængder af IgG. Det betyder også, at sensoren kan detektere antistoffer i de tidligste stadier af infektion.

Arbejdet, der begyndte i pandemiens tidlige dage, bygger på de første lovende resultater offentliggjort i juni 2021. Dernæst sigter Sardar på at forfine teknologien yderligere med et mål om til sidst at kunne behandle 384 prøver på mindre end en time— eller 5.000 prøver om dagen, hvis de bruges i et større testcenter.

"Denne forskning handler om at forberede sig på fremtiden," sagde Sardar, som også er forsker ved Indiana University Melvin og Bren Simon Comprehensive Cancer Center. "H1N1-stammen af ​​influenza er næsten 100 år gammel. Jeg forventer, at coronavirus også vil være med os i lang tid. Når vi ser fremad, er vi nødt til at finde på måder at måle mange menneskers infektioner eller infektionsrisici hurtigt, nemt og effektivt for at være et skridt foran virussen." + Udforsk yderligere

Nanoteknologi-baseret sensor udviklet til at måle mikroRNA'er i blod, fremskynde kræftdetektion