Diagnostický nástroj vytváří silnější, dlouhodobější bioluminiscenční signály pro detekci virů

Generál Mass Brigham vědci září do virové tmy silného nového světla s vývojem senzoru na bázi luminiscence kaskády (Lucas), rychlého, přenosného a vysoce citlivého diagnostického nástroje pro zpracování komplexních biologických vzorků.

Ve srovnání se svými diagnostickými předchůdci vytváří Lucas 500násobné silnější a osminásobné delší trvalé bioluminiscenční signály, což překonává dlouhodobé výzvy, kterým čelí diagnostika v místě péče. Jejich studie byla zveřejněna v Biomedicínské inženýrství přírody.

„Rozvíjení efektivní diagnostiky je neuvěřitelně náročné, zejména když přemýšlíte o velikosti částic infekčních chorob a komplikovaných biologických tekutin, ve kterých se je pokoušíme identifikovat. Nalezení částice HIV ve vzorku lidské krve je jako najít a nalezení Ice Cube V olympijském bazénu naplněném želé, zatímco se zavázala, “řekl vedoucí autor Hadi Shafieee, Ph.D., člen fakulty v divizi inženýrství v medicíně a renální divizi medicíny v Brighamu a ženské nemocnici.

„Díky svému novému enzymovému kaskádovému přístupu Lucas je v těchto komplexních biologických vzorcích výrazný skok vpřed pro snímání virů.“

Diagnostika v místě péče se stala v mnoha domácnostech nezbytnými nástroji, protože lidé měří své hladina cukru v krviProveďte těhotenské testy a dokonce proveďte vlastní testy Covid-19. Tato diagnostika, která umožňuje lidem vzdát únavné a drahé laboratorní testování, jsou důležitá pro detekci, léčbu a monitorování nemocí.

Současná diagnostika však může zaostávat, s poruchami, jako je nepřesnost a špatná citlivost. Bioluminiscence má potenciál zmírnit běžné nedostatky, které zažívají jiné metody, jako je hluk na pozadí, falešné pozitivy, fotobělení a fototoxicita.

Bioluminiscence využívá totéž Přírodní enzym Díky tomu se světlušky rozsvítí biologické vzorky pro zobrazování. Enzym, luciferáza, je přidán do vzorku pro nalezení a označení virových částic. Poté jsou do tohoto vzorku představeny molekuly luciferinu, což vyvolává luciferázovou reakci, která vytváří výbuch světla. Tato reakce však vytváří lehký signál, který je slabý i krátkodobý.

Shafiee a tým vyvinuli jedinečnou enzymovou signální kaskádu pro posílení a prodloužení bioluminiscenčních signálů. Zavádějí další enzym do rovnice, nazývanou beta-galaktosidáza, která se drží luciferinu a uvolňuje jej nepřetržitě, spíše než umožňuje luciferinu volně plavat ve vzorku pro jedno a hotové reakce.

Tento další krok znamená více luciferinu, více luciferázových reakcí a více bioluminiscence. Tento krok ve skutečnosti umožnil Lucasovi být 515krát více bioluminiscenčních než ne-lukasů a Lucas signály udržovaly po hodině 96% sílu.

Pro vyhodnocení Lucasovy účinnosti používal tým 177 vzorků pacientů s virově vysíláním a 130 vzorků séra virově podřízených infikovanými buď SARS-CoV-2, HIV, HBV nebo HCV. Vzorky pacienta SARS-CoV-2 byly odebrány pomocí nosofaryngeálního výtěru, zatímco vzorky HIV, HBV a HCV byly odebírány prostřednictvím odebírání krve. Lucas poskytl diagnostické odpovědi do 23 minut a s průměrnou přesností ve všech patogenech více než 94%.

Vědci navrhli Lucase tak, aby byl přenosný a snadno použitelný, aby mohl být možností pro prostředí s vysokým a nízkým zdrojem péče. Jako další krok bude tým testovat účinnost Lucase v jiných biologických tekutinách a zda metoda může identifikovat více než jeden patogen najednou.

Shafiee také poznamenává, že identifikace biomarkerů pro mnoho nemocí, včetně Alzheimerovy choroby, je rychle se vyvíjejícím prostorem – takže s nástrojem, jako je Lucas připravený jít, se v nadcházejících letech může ukázat jako vliv.

„Vždycky chceme detekovat infekci a nemoci co nejdříve, protože to může změnit veškerý rozdíl, pokud jde o péči a dlouhodobé výsledky,“ řekl první autor Sungwan Kim, Ph.D., postdoktorandský výzkumník v Shafieeově laboratoři v Brighamu.

„S naším zaměřením na vývoj diagnostických nástrojů, které jsou citlivé, přesné a přístupné, chceme usnadnit včasnou detekci, než tomu bylo kdy předtím, a tlačit personalizovanou péči do nové éry.“