Понимание HCPCD для разработки домашних тестов на COVID-19

Понимание HCPCD для разработки домашних тестов на COVID-19

Изображение предоставлено: Horth Rasur / Shutterstock.com

Новое исследование выявило потенциал для разработки новых одноразовых тестов на COVID-19 в местах оказания медицинской помощи и дома.

Группа исследователей из американской биосенсорной компании SiPhox, наряду с исследователями из различных академических институтов США, использовала интерферометрические датчики из пористого кремния (PSi), чтобы продемонстрировать механизм обнаружения высококонтрастного расщепления зонда (HCPCD). Исследование, которое является первым в своем роде, действует как эксперимент «доказательство принципа», поддерживая использование HCPCD как чувствительного и относительно недорогого метода обеспечения считывания показаний в местах оказания медицинской помощи для широкого спектра диагностические тесты. Эта демонстрация потенциала HCPCD в качестве одноразового набора для тестирования нуклеиновых кислот в месте оказания медицинской помощи, вероятно, будет иметь важное значение в будущем лечении вируса SARS-CoV-2.

Необходимость новых тестов для борьбы с пандемией

Научное сообщество находится под давлением, чтобы сделать прорыв в тестировании нуклеиновых кислот, чтобы удовлетворить текущую потребность в тестах COVID-19 и подготовить мир к возможным будущим пандемиям.

Анализы, доступные для диагностики нуклеиновых кислот патогенов, имеют недостаток, заключающийся в необходимости амплифицировать количество рибонуклеиновой кислоты (РНК) или дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) патогена-мишени, чтобы быть достаточно чувствительными, чтобы обнаружить присутствие вируса. Эти процессы усиления дороги и требуют много времени.

Хотя фотонные и плазмонные биосенсорные платформы предлагают метод обнаружения на ранней стадии, они рискуют вернуть ложноотрицательные результаты в том случае, если уровень вирусной РНК в образце не достигает предела обнаружения сенсора. Эти пределы определяются количеством молекул, которые необходимо уловить сенсору, чтобы обнаружить их помимо шума.

Поскольку новые патогены становятся все более распространенными, разработка новых тестов для решения конкретных задач может занять до года. В результате ученые изучили, как можно разработать другие методы, чтобы удовлетворить потребность в точном, чувствительном и быстром тестировании на патогены.

Ранее моделирования подчеркивали потенциал высококонтрастного обнаружения расщепления зонда (HCPCD) как чувствительного диагностического инструмента, основанного на извлечении зондов с поверхности фотонного биосенсора.

Проверка потенциальных диагностических приложений HCPCD

В рамках нового исследования были проведены эксперименты по распознаванию ферментов ДНКазы, чтобы подтвердить способность HCPCD обнаруживать РНК и ДНК, что подтверждает его потенциальное применение в диагностических тестах.

Исследователи использовали интерферометрический сенсор из пористого кремния (PSi) в сочетании с высококонтрастными ds-ДНК-квантовыми точками (Qdot) или зондами с низким индексом ds-ДНК-флуоресцеина (FAM).

Результаты продемонстрировали, что, хотя добавление Qdot позволило добиться усиления сигнала и электрокинетической фокусировки, этот подход не подходил для диагностики в реальном времени. С другой стороны, обнаружение HCPCD повысило чувствительность датчиков PSi, подчеркнув возможность реализации обнаружения HCPCD на кремниевых оптических датчиках. Это позволит достичь необходимой чувствительности для нового диагностического теста на нуклеиновую кислоту патогена и подчеркнет необходимость дополнительных методов амплификации.

Комбинация датчиков пси-интерферометра с HCPCD

В своей новой статье исследователи проекта излагают принцип, лежащий в основе технологии. В исследовании использовались однослойные интерферометры PSi, работающие по принципу тонкопленочной интерференции. Отраженный свет от верхнего и нижнего интерфейсов слоя PSi датчика взаимодействует, вызывая полосы отражения Фабри-Перо. Положение этих полос, а также периодичность интерферометрической картины являются результатом адекватной оптической толщины пленки PSi.

Учитывая, что длина волны света больше, чем средний диаметр пор, ученые могут использовать ценное приближение среды для оценки эффективного показателя преломления пленки Psi. Кроме того, выбранный размер пор больше, чем размер молекулярной мишени, а также молекул, образующихся в процессе функционализации поверхности, что позволяет большой площади поверхности поглощать молекулы. Как только молекулы проникают в поры пористого материала, это приводит к увеличению эффективного показателя преломления слоя PSi и к красному смещению полос. При удалении этих молекул из пор эффективный показатель преломления PSi уменьшается, а полосы смещаются в синюю сторону.

Используя детекцию HCPCD, исследователи сначала функционализировали интерферометр PSi с помощью зондов биотин-дцДНК-Qdot с высоким индексом, что привело к красному смещению полос отражения. Используя фермент для расщепления ДНК, Qdots были удалены, в результате чего края стали синими. Сдвиги отражательной способности прямо пропорциональны уровням материалов, входящих в поры или выходящих из них, что позволяет использовать метод оптического считывания, который является как чувствительным, так и количественным.

Глобальное воздействие

По оценкам Глобального Гарвардского института здравоохранения, для того, чтобы экономика США полностью открылась и оставалась открытой, требуется в общей сложности 500 000 тестов на COVID-19 в день. Описанная здесь работа, вероятно, будет иметь важное значение для оказания помощи учреждениям здравоохранения во всем мире в удовлетворении их потребностей в огромном количестве тестов на COVID-19, необходимых для борьбы с вирусом и борьбы с пандемией.

* Важное примечание

bio Rxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, руководящие клинической практикой / поведением, связанным со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.

Ссылки и дополнительная литература

Дубровский, М., Лайуни, Р., Бао, М., Чанг, Х., Ду, К., Борискина, С., Вайс, С. и Вермёлен, Д. (2020) Обнаружение расщепления высококонтрастным датчиком на пористых кремниевых биосенсорах с помощью ДНК-зондов, меченных квантовыми точками. биография Rxiv 2020. DOI: https://doi.org/10.1101/2020.10.07.330589

Source link