医学最前沿007|啥?用智能手机核酸检测,30分钟内出结果?

2020
12/31

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晔问仁医
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用Cas13a直接检测并量化新冠病毒RNA

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闭上双眼,开启脑洞, 想象一下:你用棉签伸入自己的鼻孔,然后将提取物放入一个专门的设备中,在15至30分钟内用手机的摄像头读取数据,便获悉自己是否感染了新冠病毒。你就说香不香?😛

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应对新冠病毒引起的肺炎(COVID-19)大流行主要障碍之一是如何在全国或全球范围内对病毒感染进行大规模快速检测以了解谁感染了病毒,这样可以为政府和市民提供有关病毒潜在传播和威胁的宝贵信息。

但人们通常必须得在医疗机构才能得到测试结果,而且,很多感染者症状轻微或无症状,这一事实会使情况更加恶化。

最近有个令人鼓舞的消息:一项基于CRISPR-Cas的COVID-19测试技术,可使用智能手机摄像头在30分钟内提供准确的检测结果。

该方法使用连接到普通智能手机的设备检测鼻拭子中SARS-CoV-2的存在,美国加州大学伯克利分校(UC Berkeley)和旧金山分校(UCSF)的格拉德斯通研究所(Gladstone Institutes)的科学家于12月4日发表在《细胞》杂志上。 

用Cas13a直接检测并量化新冠病毒RNA

弗莱彻(Fletcher)和其他共同资深作家,格拉德斯通研究所(Gladstone Institutes)和加利福尼亚大学旧金山分校的病毒学家梅拉妮·奥特(Melanie Ott)大约两年前开始与诺贝尔奖获得者詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)合作,他也是这项研究的合著者。他们正在寻求解决艾滋病毒的家庭检测问题,由于当前的药物试验需要频繁监测患者病毒载量而引起的频繁检测的需求,这一点颇为不便。一月份,当COVID-19出现时,他们迅速转移了研究重点,以尽快开发可检测出另一种病毒SARS-CoV-2的测试。

该测试利用了CRISPR-Cas技术。具体而言,可以使用Cas13酶来检测样品中的RNA,从而无需将RNA反转录为DNA,然后通过当前标准测试中使用的PCR技术进行扩增。当Cas13与病毒的RNA结合时,它会切割周围的所有RNA序列。研究人员在反应中添加了基于RNA的探针,该探针被切割并产生荧光,可以用相机检测到。该检测可在30分钟内提供结果。

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 组合crRNA可提高Cas13a的敏感性

荧光检测装置由产生照明并激发荧光的激光和附加的透镜组成,以帮助收集光,而手机放在其顶部。奥特说:“有一个收获是电话摄像头比实验室的平板读取器甚至好用十倍。” “这可以直接转化为成为更好的诊断装置。” Fletcher实验室的先前的研究导致了基于电话的设备的产生,该设备可以可视地检测血液和其他样本中的寄生虫,而当前的检测方法证明了电话摄像头也可以用于分子检测。

最终,弗莱彻(Fletcher)和奥特(Ott)希望将这种类型的测试作为更广泛系统的一部分,该系统可以在家中不仅用于筛查SARS-CoV-2病毒,而且可以筛查其他病毒,例如引起感冒和流感的病毒。但是,更直接的是,研究人员希望使用这种技术来开发一种测试设备,该设备可以推广到药房和诊所。他们希望将测试盒的成本降低到10美元左右。最终版本的设备也许并不会使用电话,而是内置了电话摄像头的医疗器械,这样更便于该产品以医疗器械的形式获得FDA的批准。

奥特(Ott)指出,他们在开发此SARS-CoV-2测试中所获得的知识也可以应用于他们的HIV测试。她说:“针对HIV,我们需要改变提取方法,因为我们将处理的是血液而不是鼻拭子,但是开发荧光检测部分确实有很多类似的地方。” 就能够让病人或普通人进行自主测试而言,“这是新时代的开始,我们可以赋予个人更多的权力和自主权”。

该项目的研究人员主要得到NIH的支持。

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本项研究的三个关键进展

科学家展示了使用CRISPR-Cas13a和手机直接检测SARS-CoV-2 RNA的方法,为快速即时检测提供了一种颇有前景的选项。本研究取得的第一个关键进展是证明了crRNA组合可以通过激活更多的Cas13a(以每个目标RNA计)来提高检测的敏感性。我们的研究表明,两个或三个crRNA的组合可用于探测极低含量的目标病毒RNA。充分利用靶向基因组不同部分的各种crRNA也可以避免由于自然发生的病毒突变而导致的不完全检测。

本研究取得的第二个关键进展是将荧光信号直接转化为病毒载量的量化数据。科学家设计的方法无需对病毒RNA进行扩增,而是采用直接探测的方法。在这一过程中,显示了反应速率与病毒拷贝数直接相关,因而可用于定量分析。

本项工作的第三个关键进展是开发了基于移动电话和低成本光学器件的小型显微镜,可用于准确读取Cas13a直接检测的分析结果,在30分钟内可实现约100拷贝/μL的灵敏度;而且,该设备可以在5分钟内准确诊断从患者样品中预先提取的一组RNA。

在未来,在此提出的Cas13a直接检测方法可以迅速进行调整,服务于下一种可能暴发的呼吸道病原体检测,希望能够及时遏制传染性疾病在全球范围内的扩散。

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内容来源

Cell Press 

参考文献

1.     Parinaz Fozouni, Sungmin Son, María Díaz de León Derby, Gavin J. Knott, Carley N. Gray, Michael V. D’Ambrosio, Chunyu Zhao, Neil A. Switz, G. Renuka Kumar, Stephanie I. Stephens, Daniela Boehm, Chia-Lin Tsou, Jeffrey Shu, Abdul Bhuiya, Max Armstrong, Andrew R. Harris, Pei-Yi Chen, Jeannette M. Osterloh, Anke Meyer-Franke, Bastian Joehnk, Keith Walcott, Anita Sil, Charles Langelier, Katherine S. Pollard, Emily D. Crawford, Andreas S. Puschnik, Maira Phelps, Amy Kistler, Joseph L. DeRisi, Jennifer A. Doudna, Daniel A. Fletcher, Melanie Ott. Amplification-free detection of SARS-CoV-2 with CRISPR-Cas13a and mobile phone microscopy. Cell, 2020; DOI: 10.1016/j.cell.2020.12.001

整理/HunTer

编辑/芷葳

排版/正慕

图片来源/网络(侵删)

本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
crRNA,新冠病毒,摄像头,核酸,智能,检测

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