DURHAM, NC – Biomedische ingenieurs van Duke University hebben een apparaat ter grootte van een tablet gedemonstreerd dat op betrouwbare wijze meerdere COVID-19-antilichamen en biomarkers tegelijk kan detecteren.
Uit de eerste resultaten blijkt dat de test met 2% nauwkeurigheid onderscheid kan maken tussen antilichamen die zijn geproduceerd als reactie op SARS-CoV-100 en vier andere coronavirussen.
De onderzoekers onderzoeken nu of het gebruiksvriendelijke, energieonafhankelijke point-of-care-apparaat kan worden gebruikt om de ernst van een COVID-19-infectie of de immuniteit van een persoon tegen varianten van het virus te voorspellen.
Nadat onlangs ook is aangetoond dat hetzelfde "D4-assay" -platform ebola-infecties een dag eerder kan detecteren dan de gouden standaard polymerasekettingreactie (PCR) -test, zeggen de onderzoekers dat de resultaten laten zien hoe flexibel de technologie kan zijn om zich aan te passen aan andere huidige of toekomstige ziekten .
De resultaten verschijnen op 25 juni online in Wetenschap Advances.
"De ontwikkeling van de D4-test duurde zes jaar, maar toen de WHO de uitbraak tot pandemie verklaarde, begonnen we al dat werk in een paar maanden te persen, zodat we konden onderzoeken hoe de test kon worden gebruikt als een hulpmiddel voor de volksgezondheid." zei Ashutosh Chilkoti, de Alan L. Kaganov Distinguished Professor en voorzitter van Biomedical Engineering aan Duke. "Onze test is ontworpen om zowel aanpasbaar als echt point-of-care te zijn, en dit is duidelijk een scenario waarin een draagbare, snelle en kosteneffectieve diagnose het nuttigst zou zijn."
De technologie is gebaseerd op een polymeerborstelcoating die fungeert als een soort antiaanbaklaag om te voorkomen dat alles behalve de gewenste biomarkers zich aan het testglaasje hechten als ze nat zijn. De hoge effectiviteit van dit antiaanbaklaagje maakt de D4-assay ongelooflijk gevoelig voor zelfs lage niveaus van zijn doelen. De aanpak stelt onderzoekers in staat om verschillende moleculaire vallen op verschillende delen van het objectglaasje af te drukken om meerdere biomarkers tegelijk te vangen.
De huidige versie van het platform bevat ook kleine tunnels met patronen die de fysica van vloeistoffen gebruiken om monsters door de kanalen te trekken zonder dat er elektriciteit nodig is. Met slechts een druppel bloed en een druppel biomoleculair smeermiddel loopt de test autonoom in een kwestie van minuten en kan worden afgelezen met een detector die ongeveer zo groot is als een zeer dikke iPad.
"De detector werkt op batterijen en de test vereist helemaal geen stroom, dus je kunt het hele ding in een rugzak gooien en echt testen op de point-of-care met minimale middelen", zegt Jason Liu, een PhD-student werkzaam in het Chilkoti-lab die de detector heeft ontworpen en gebouwd.
In de huidige studie testten de onderzoekers het vermogen van de D4-assay om antilichamen te detecteren en te kwantificeren die zijn geproduceerd tegen drie delen van het COVID-19-virus - een subeenheid van het spike-eiwit, een bindend domein binnen het spike-eiwit dat zich vastgrijpt aan cellen, en de nucleocapside-eiwit dat het RNA van het virus verpakt. De test kon de antilichamen bij alle 31 geteste patiënten met ernstige gevallen van COVID-19 na twee weken opsporen. Het rapporteerde ook nul vals-positieven in 41 monsters genomen van gezonde mensen voordat de pandemie begon, evenals 18 monsters genomen van personen die besmet waren met vier andere wijdverbreide coronavirussen.
Nu de pandemie in de Verenigde Staten aan het afzwakken is en honderden andere COVID-19-antilichaamtests in ontwikkeling zijn, geloven de onderzoekers niet dat deze specifieke test waarschijnlijk in grote aantallen zal worden ingezet. Maar ze zeggen dat de bewezen nauwkeurigheid en flexibiliteit van het platform het een uitstekende kandidaat maken voor ontwikkeling naar andere soorten tests of voor gebruik bij toekomstige uitbraken.
Het platform zou bijvoorbeeld in staat kunnen zijn om te testen of mensen al dan niet immuniteit hebben tegen de verschillende stammen van COVID-19 die zich blijven voordoen.
"Er zijn veel vragen van mensen of ze al dan niet beschermd zijn tegen nieuwe varianten van COVID-19, en onze test zou een aantal daarvan kunnen beantwoorden", zegt Jake Heggestad, een promovendus die in het Chilkoti-lab werkt en de chip ontwikkelde voor de test. "Wij zijn van mening dat ons platform onderscheid moet kunnen maken tussen of mensen antilichamen hebben die opkomende varianten van zorg kunnen neutraliseren of dat die antilichamen niet beschermend zijn tegen nieuwe varianten."
De onderzoekers werken ook aan de ontwikkeling van het platform tot een test voor meerdere prognostische markers van COVID-19 die samen zouden kunnen aangeven of een patiënt waarschijnlijk een ernstig geval van de ziekte heeft.
"We zijn platformbouwers, dus we werken eraan om te laten zien hoe deze technologie gemakkelijk kan worden aangepast om verschillende dingen te doen", zegt David Kinnamon, een afgestudeerde student die het vloeistofverwerkingssysteem voor de test ontwikkelde. "We laten zien dat dit enkele platform kan werken als een diagnose, de immuunrespons na infectie kan beoordelen en de uitkomst van de ziekte kan voorspellen, mogelijk allemaal tegelijkertijd. Ik ken niet veel tests die dat kunnen."
"En het kan dit allemaal op een platform dat super gebruiksvriendelijk en transporteerbaar is", zegt Heggestad. "Het is één ding om dit allemaal te doen in een gecentraliseerde faciliteit als Duke, maar het is iets anders om grootschalige tests uit te voeren en goede, gevoelige resultaten te krijgen op afgelegen locaties over de hele wereld."
###
Dit onderzoek werd ondersteund door de National Science Foundation (CBET2029361), het National Cancer Institute (P30-CA014236, R01-CA248491, UH3-CA211232), het Department of Defense (W81XWH-16-C-0219), Defense Academy of the United Kingdom (ACC6010469), en het Combat Casualty Care Research Program (W81XWH-17-2-0045).
CITATIE: "Multiplexe, kwantitatieve serologische profilering van COVID-19 uit bloed door een point-of-care-test", Jacob T. Heggestad, David S. Kinnamon, Lyra B. Olson, Jason Liu, Garrett Kelly, Simone A. Wall, Solomon Oshabaheebwa, Zachary Quinn, Cassio M. Fontes, Daniel Y. Joh, Angus M. Hucknall, Carl Pieper, Jack G. Anderson, Ibtehaj A. Naqvi, Lingye Chen, Loretta G. Que, Thomas Oguin III, Smita K. Nair , Bruce A. Sullenger, Christopher W. Woods, Thomas W. Burke, Gregory D. Sempowski, Bryan D. Kraft, Ashutosh Chilkoti. Wetenschap gaat vooruit, 25 juni 2021. DOI: sciadv.abg4901
PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
