Draagbare slijmtest detecteert COVID‑19 in één uur met PCR-nauwkeurigheid

Ingenieurs hebben een klein tafelapparaat ontworpen dat SARS-CoV-2 uit een slijmmonster kan detecteren in ongeveer een uur. De diagnostiek is net zo nauwkeurig als de PCR-tests nu gebruikt. Het apparaat kan ook gebruikt worden om specifieke virale mutaties te detecteren die gelinkt zijn aan enkele van de SARS-CoV-2 varianten die nu circuleren. Dit resultaat kan ook binnen een uur verkregen worden, wat het potentiëel veel makkelijker maakt om verschillende varianten van het virus te volgen, vooral in regio's die geen toegang hebben tot genetische sequentie-faciliteiten.

De nieuwe diagnostiek kan voor ongeveer $15 samengesteld worden maar die kosten kunnen aanzienlijk dalen als de apparaten op grote schaal geproduceerd worden.

De nieuwe diagnostiek is gebaseerd op SHERLOCK, een CRISPR-gebaseerd instrument. Componenten van het systeem omvatten een RNA-gidsstreng die detectie van specifieke doel-RNA-sequenties toestaat en Cas-enzymen die die sequenties knippen en een fluorescerend signaal produceren. Alle moleculaire componenten kunnen vriesgedroogd worden voor lange-termijn opslag en geactiveerd bij blootstelling aan water.

De onderzoekers incorporeren een kritieke pre-verwerkingsstap die enzymen genaamd slijmnucleasen uitschakelt, die nucleïnezuren zoals RNA vernietigen. Eenmaal het monster in het apparaat gaat, worden de nucleasen geïnactiveerd door warmte en twee chemische reagentia. Vervolgens wordt virale RNA geëxtraheerd en geconcentreerd door de slijm door een membraan te laten lopen.

Deze RNA-monster wordt dan blootgesteld aan vriesgedroogde CRISPR/Cas-componenten, die geactiveerd worden door geautomatiseerd doorboren van verzegelde waterpakketten binnen het apparaat. De one-pot reactie amplificeert het RNA-monster en detecteert dan de doel-RNA-sequentie, indien aanwezig.

De onderzoekers ontwierpen het apparaat, dat ze minimaal geïnstrumenteerde SHERLOCK (miSHERLOCK) noemen, zodat het tot vier modules kan hebben die elk naar een andere doel-RNA-sequentie zoeken. De originele module bevat RNA-gidsstrengen die elke stam van SARS-CoV-2 detecteren. Andere modules zijn specifiek voor mutaties geassocieerd met enkele van de varianten die het afgelopen jaar zijn ontstaan, inclusief B.1.1.7, P.1 en B.1.351.

De Delta-variant was nog niet wijdverspreid toen de onderzoekers deze studie uitvoerden, maar omdat het systeem al gebouwd is, zou het eenvoudig moeten zijn om een nieuwe module te ontwerpen die die variant detecteert. Het systeem kan ook gemakkelijk geprogrammeerd worden om te monitoren op nieuwe mutaties die het virus meer besmettelijk kunnen maken.

De onderzoekers testten hun apparaat eerst met menselijke slijm gespiked met synthetische SARS-CoV-2 RNA-sequenties en daarna met ongeveer 50 monsters van patiënten die positief getest waren voor het virus. Ze vonden dat het apparaat net zo nauwkeurig was als de gouden standaard PCR-tests nu gebruikt, die neuszwabben vereisen en meer tijd en aanzienlijk meer hardware en monsterafhandeling nodig hebben om resultaten op te leveren.

Het apparaat produceert een fluorescerende readout die met het blote oog gezien kan worden en de onderzoekers ontwierpen ook een smartphone-app die de resultaten kan lezen en naar volksgezondheidsdepartementen kan sturen voor eenvoudigere tracking. De onderzoekers geloven dat het apparaat geproduceerd kan worden tegen een kostprijs van slechts $2 tot $3 per apparaat.