Brak personelu w laboratoriach i trudności z zaopatrzeniem sprawiły, że czas oczekiwania na wyniki testów dotyczących COVID-19 często jest zbyt długi. Naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champaign zademonstrowali prototypy szybkiego testu molekularnego COVID-19 i prostego w użyciu, przenośnego instrumentu do odczytywania wyników za pomocą smartfona w 30 minut - bez konieczności wysyłania próbek do laboratorium.
- Gdyby takie urządzenie i test były dostępne, moglibyśmy przeprowadzić testy na obecność COVID-19 na imprezach publicznych, w audytoriach, podczas dużych zgromadzeń, a potencjalnie nawet w domu w celu przeprowadzenia samokontroli. Wyniki mogłyby zostać przesłane z powrotem do odpowiedniego publicznego systemu opieki zdrowotnej w celu koordynacji - powiedział Rashid Bashir, profesor bioinżynierii i dziekan Grainger College of Engineering w Illinois. Bashir prowadził badania wspólnie z profesorem inżynierii elektrycznej i komputerowej Brianem Cunninghamem oraz profesorem mechaniki i inżynierii Billem Kingiem.
Wykonując typowe testy na SARS-CoV-2, wirusa powodującego COVID-19, należy pobrać wymaz z nosogardzieli pacjenta i wysłać do laboratorium w celu przeprowadzenia wieloetapowego procesu ekstrakcji, izolacji i namnażania charakterystycznego RNA wewnątrz wirusa. Ten proces namnażania RNA, zwany RT-PCR, wymaga kilku cykli wahań temperatury, specjalistycznego sprzętu i wyszkolonego personelu.
Zespół z Illinois zastosował prostszy proces zwany LAMP, który omija etapy ekstrakcji i oczyszczania RNA.
- LAMP potrzebuje tylko jednej temperatury: 65 stopni Celsjusza - więc jest dużo łatwiejszy do kontrolowania - powiedział doktorant Anurup Ganguli, pierwszy autor badania. - Ponadto LAMP działa pewniej niż PCR, zwłaszcza gdy w próbce testowej znajdują się zanieczyszczenia. Możemy po prostu krótko podgrzać próbkę, rozbić wirusa i wykryć sekwencję genetyczną, która specyficznie identyfikuje SARS-CoV-2.
Naukowcy porównali test LAMP z PCR, najpierw używając syntetycznego płynu nosowego z dodatkiem wirusa, a następnie próbek klinicznych. Okazało się, że wyniki były zgodne z wynikami PCR i potwierdziły czułość i swoistość testu LAMP.
Następnie naukowcy przystosowali test LAMP do małego wkładu mikroprzepływowego wydrukowanego w 3D, który ma dwa gniazda wejściowe dla strzykawek: jedno na zawierające próbkę nośniki wirusów, drugie na chemikalia LAMP. Po wstrzyknięciu z obu strzykawek we wkładzie dochodzi do reakcji.
Wkłady można szybko wytwarzać w dużych ilościach za pomocą drukarek 3D.
Wkład mikroprzepływowy można umieścić w ręcznym, przenośnym przyrządzie z komorą grzewczą, która ogrzewa go do 65 stopni Celsjusza na czas trwania reakcji oraz podstawką do smartfona do odczytu wyników. Po około 30 minutach pozytywny wynik będzie związany z fluorescencją.
- Czytnik oświetla komory cieczy światłem z niebieskich diod LED, podczas gdy tylna kamera telefonu rejestruje generowane zielone światło fluorescencyjne - powiedział Cunningham.
Autorzy sprawdzają, czy test będzie działał z próbkami śliny, aby wyeliminować potrzebę wymazów z nosogardzieli i gromadzić więcej danych od pacjentów.