Wynik na zakażenie COVID-19 w mniej niż 5 minut?
Autor: Marta Koblańska
Data: 09.12.2020
Źródło: Sciencedaily/MK
Działy:
Aktualności w Koronawirus
Aktualności
Student bioinżynierii Maha Alafeef w zespole prowadzonym przez prof. Dipanjana Pana na University of Illinois opracował szybki, ultraczuły test, który wykrywa COVID-19 w mniej niż pięć minut.
Badania w kierunku wykrywania zakażenia COVID-19 pozostają kluczową strategią w powstrzymaniu transmisji wirusa.
Do opracowania nowego testu, który został opisany na łamach ACS Nano wykorzystano elektrochemiczny czujnik stworzony z zastosowaniem papieru, który wykrywa obecność wirusa w mniej niż 5 minut.
- Nasza praca stanowi odpowiedź na globalną potrzebę holistycznego podejścia poprzez wielodyscyplinarne narzędzia w kierunku wczesnego wykrywania i diagnozy oraz leczenia SARS-CoV-2 – powiedział Maha Alafeef, podkreślając, że w dobie pandemii wszyscy doświadczamy zmian w życiu.
Obecnie na rynku są dwie główne kategorie testów na COVID-19. Pierwsza wykorzystuje odwrócenie transkryptazy (enzymu kopiującego informację DNA do RNA) w reakcji łańcuchowej polimerazy w czasie rzeczywistym (RT-PCR) oraz strategie hybrydyzacji kwasów nukleinowych do identyfikowania RNA wirusa. Dopuszczone przez FDA do stosowania testy diagnostyczne wykorzystują tę technikę. Istnieją jednak również i ich minusy, takie jak na przykład ilość czasu potrzebna do wykonania takiego badania, potrzeba wyspecjalizowanego personelu, czy też dostępność wyposażenia i odczynników.
Druga kategoria testów koncentruje się na wykrywaniu przeciwciał. Jednakże możliwe są opóźnienia w ich wytwarzaniu sięgające nawet kilku tygodni po narażeniu danej osoby na kontakt z wirusem. Tym samym taki test może nie wykryć wirusa.
W ostatnich latach badacze odnotowali pewien sukces w stworzeniu punktowych bioczujników wykorzystujących nanomateriały 2D takie jak grafen. Bioczujniki zostały zaprojektowane w celu wykrywania chorób. Główną korzyścią płynącą z bioczujników na bazie grafenu jest ich czułość, niski koszt produkcji oraz szybkość działania.
- Odkrycie grafenu ze względu na jego właściwości otworzyło nową erę dla wytwarzania czujników. Grafen ma unikalne właściwości mechaniczne i elektrochemiczne, które sprawiają, że jest idealnym materiałem do opracowywania czułych elektrochemicznych czujników – wskazał Alafeef, dodając, że jest członkiem zespołu, który stworzył w oparciu o grafen elektrochemiczny bioczujnik z konfiguracją odczytu elektrycznego do wybiórczego wykrywania obecności materiału genetycznego SARS-CoV-2 w organizmie.
W czujniku zastosowano dwa elementy: platformę do pomiaru odczytu elektrycznego oraz sondy do wykrywania obecności RNA wirusa. Do stworzenia platformy naukowcy najpierw pokryli papier grafenem, aby uzyskać przewodnictwo. Następnie na wierzchołku grafenu umieścili specjalnie zaprojektowaną złotą elektrodę do kontaktu z czytnikiem elektrycznym. Zarówno złoto jak i grafen są wysoko czułe i są przewodnikami, co czyni platformę bardzo czułą na wykrywanie zmian z sygnałach elektrycznych.
Obecne testy bazujące na wykrywaniu RNA wirusa to badania przesiewowe w celu stwierdzenia obecności genu N. W tym badaniu zespół naukowców zaprojektował więc sondy antysensowego oligonukleotydu (ASOs), aby ich celem były dwa obszary genu N. Takie rozwiązanie wzmacnia wiarygodność badania w przypadku, gdyby jeden region uległ mutacji. Co więcej nanocząsteczki złota są zabezpieczone tymi jednoniciowymi kwasami nukleinowymi, które stanowią ultraczułą sondę do wykrywania RNA SARS-CoV-2.
Badacze udowodnili czułość opracowanych sond czujnikowych w swojej wcześniejszej pracy opublikowanej w "ACS Nano". Hybrydyzacja wirusowego RNA z tymi sondami powoduje zmianę w odpowiedzi elektrycznej czujnika. Nanocząsteczki złota przyspieszają transfer elektronów i kiedy są przekazywane przez platformę czujnikową skutkuje to wzrostem sygnału wyjściowego oraz wskazuje na obecność wirusa.
Działanie opracowanego bioczujnika badano wykorzystując zarówno próbki z wynikiem pozytywnym jak i negatywnym pod kątem zakażania COVID-19. Czujnik wykazywał znaczący wzrost napięcia w razie zakażenia oraz brak takiej reakcji w razie próbki bez obecności wirusa a także potwierdzał obecność materiału genetycznego SARS-CoV-2 w ciągu mniej niż 5 minut. Co więcej, czujnik potrafił różnicować ilość RNA wirusa w tych próbkach. Obciążenie wirusem jest ważnym wskaźnikiem ilościowym postępu infekcji a wyzwanie stanowi jego pomiar przy wykorzystaniu obecnych metod diagnostycznych.
Do opracowania nowego testu, który został opisany na łamach ACS Nano wykorzystano elektrochemiczny czujnik stworzony z zastosowaniem papieru, który wykrywa obecność wirusa w mniej niż 5 minut.
- Nasza praca stanowi odpowiedź na globalną potrzebę holistycznego podejścia poprzez wielodyscyplinarne narzędzia w kierunku wczesnego wykrywania i diagnozy oraz leczenia SARS-CoV-2 – powiedział Maha Alafeef, podkreślając, że w dobie pandemii wszyscy doświadczamy zmian w życiu.
Obecnie na rynku są dwie główne kategorie testów na COVID-19. Pierwsza wykorzystuje odwrócenie transkryptazy (enzymu kopiującego informację DNA do RNA) w reakcji łańcuchowej polimerazy w czasie rzeczywistym (RT-PCR) oraz strategie hybrydyzacji kwasów nukleinowych do identyfikowania RNA wirusa. Dopuszczone przez FDA do stosowania testy diagnostyczne wykorzystują tę technikę. Istnieją jednak również i ich minusy, takie jak na przykład ilość czasu potrzebna do wykonania takiego badania, potrzeba wyspecjalizowanego personelu, czy też dostępność wyposażenia i odczynników.
Druga kategoria testów koncentruje się na wykrywaniu przeciwciał. Jednakże możliwe są opóźnienia w ich wytwarzaniu sięgające nawet kilku tygodni po narażeniu danej osoby na kontakt z wirusem. Tym samym taki test może nie wykryć wirusa.
W ostatnich latach badacze odnotowali pewien sukces w stworzeniu punktowych bioczujników wykorzystujących nanomateriały 2D takie jak grafen. Bioczujniki zostały zaprojektowane w celu wykrywania chorób. Główną korzyścią płynącą z bioczujników na bazie grafenu jest ich czułość, niski koszt produkcji oraz szybkość działania.
- Odkrycie grafenu ze względu na jego właściwości otworzyło nową erę dla wytwarzania czujników. Grafen ma unikalne właściwości mechaniczne i elektrochemiczne, które sprawiają, że jest idealnym materiałem do opracowywania czułych elektrochemicznych czujników – wskazał Alafeef, dodając, że jest członkiem zespołu, który stworzył w oparciu o grafen elektrochemiczny bioczujnik z konfiguracją odczytu elektrycznego do wybiórczego wykrywania obecności materiału genetycznego SARS-CoV-2 w organizmie.
W czujniku zastosowano dwa elementy: platformę do pomiaru odczytu elektrycznego oraz sondy do wykrywania obecności RNA wirusa. Do stworzenia platformy naukowcy najpierw pokryli papier grafenem, aby uzyskać przewodnictwo. Następnie na wierzchołku grafenu umieścili specjalnie zaprojektowaną złotą elektrodę do kontaktu z czytnikiem elektrycznym. Zarówno złoto jak i grafen są wysoko czułe i są przewodnikami, co czyni platformę bardzo czułą na wykrywanie zmian z sygnałach elektrycznych.
Obecne testy bazujące na wykrywaniu RNA wirusa to badania przesiewowe w celu stwierdzenia obecności genu N. W tym badaniu zespół naukowców zaprojektował więc sondy antysensowego oligonukleotydu (ASOs), aby ich celem były dwa obszary genu N. Takie rozwiązanie wzmacnia wiarygodność badania w przypadku, gdyby jeden region uległ mutacji. Co więcej nanocząsteczki złota są zabezpieczone tymi jednoniciowymi kwasami nukleinowymi, które stanowią ultraczułą sondę do wykrywania RNA SARS-CoV-2.
Badacze udowodnili czułość opracowanych sond czujnikowych w swojej wcześniejszej pracy opublikowanej w "ACS Nano". Hybrydyzacja wirusowego RNA z tymi sondami powoduje zmianę w odpowiedzi elektrycznej czujnika. Nanocząsteczki złota przyspieszają transfer elektronów i kiedy są przekazywane przez platformę czujnikową skutkuje to wzrostem sygnału wyjściowego oraz wskazuje na obecność wirusa.
Działanie opracowanego bioczujnika badano wykorzystując zarówno próbki z wynikiem pozytywnym jak i negatywnym pod kątem zakażania COVID-19. Czujnik wykazywał znaczący wzrost napięcia w razie zakażenia oraz brak takiej reakcji w razie próbki bez obecności wirusa a także potwierdzał obecność materiału genetycznego SARS-CoV-2 w ciągu mniej niż 5 minut. Co więcej, czujnik potrafił różnicować ilość RNA wirusa w tych próbkach. Obciążenie wirusem jest ważnym wskaźnikiem ilościowym postępu infekcji a wyzwanie stanowi jego pomiar przy wykorzystaniu obecnych metod diagnostycznych.
