Un dispozitiv compact de testare genetică creat pentru Covid-19 ar putea fi folosit pentru a detecta o gamă de agenți patogeni sau afecțiuni, inclusiv cancerul.

Dispozitivul de diagnosticare a virusului care oferă rezultate de calitate de laborator în doar trei minute a fost inventat de inginerii de la Universitatea din Bath, care îl descriu drept “cel mai rapid test Covid din lume“!

Prototipul dispozitivului denumit LoCKAmp utilizează tehnologia inovatoare “laborator pe cip” și s-a dovedit că oferă o detectare rapidă și ieftină a Covid-19 din tampoane nazale. Echipa de cercetare, cu sediul la Universitatea din Bath, spune că tehnologia ar putea fi adaptată cu ușurință pentru a detecta alți agenți patogeni, cum ar fi bacteriile sau chiar afecțiuni precum cancerul.

Dispozitivul funcționează prin eliberarea rapidă și amplificarea materialului genetic dintr-o probă de tampon nazal prin efectuarea unei reacții chimice pentru a produce un rezultat, care poate fi vizualizat pe o aplicație pentru smartphone.

Spre deosebire de testele cu flux lateral, obișnuite în timpul pandemiei, LoCKAmp folosește aceleași tehnici de testare genetice “standard de aur” rezervate anterior testelor PCR (reacție în lanț de polimerază) pe bază de laborator, permițând astfel testarea rapidă la standard de laborator pentru prima dată.

Pe lângă acuratețea sa, viteza LoCKAmp se diferențiază major. Cu rezultatele returnate în trei minute, echipa de cercetare spune că, după cunoștințele lor, LoCKAmp este cel mai rapid test Covid-19 raportat până în prezent.

Fabricat cu componente standard și plăci de circuite imprimate fabricate în fabrică, prototipul dispozitivului ar putea fi realizat la scară largă rapid și la costuri reduse, oferind îngrijitorilor și organismelor de sănătate publică din întreaga lume un nou instrument eficient în detectarea virusului. Echipa de cercetare spune că un partener comercial cu expertiza relevantă în design și fabricație ar putea reproiecta rapid LoCKAmp într-un dispozitiv mic și portabil – cu un potențial mare de utilizare în setări de asistență medicală la distanță.

Echipa de cercetare colaborează deja cu parteneri academici și comerciali și ar aprecia alte abordări, deoarece încearcă să introducă LoCKAmp în producție.

Dispozitivul și modul în care funcționează sunt detaliate în articolul de cercetare LoCKAmp: tehnologie lab-on-PCB pentru detectarea genetică a virusului <3 minute, publicat în revista Lab on a Chip.

Dr. Despina Moschou, de la Centrul pentru Bioinginerie și Tehnologii Biomedicale (CBio) din Bath, a condus cercetarea. Ea spune:

Am început să cercetăm și să dezvoltăm LoCKAmp în timpul celui de-al doilea val de Covid din Regatul Unit. Eram încrezători că am putea crea un dispozitiv portabil și ieftin care ar putea efectua identificarea genetică a virusului, ca un test PCR, în 10 minute. Am făcut asta, dar am descoperit că poate funcționa de fapt în doar trei minute. Acesta este un exemplu uimitor al posibilităților tehnologiei laboratorului pe cip și, având în vedere costul redus și adaptabilitatea tehnologiei la detectarea unei game de afecțiuni, un instrument potențial foarte valoros și unic pentru o gamă de setări de asistență medicală.

Utilizând tehnologia plăcilor de circuite imprimate ușor disponibile și infrastructura de fabricație de masă asociată, echipa spune că dispozitivul poate fi produs rapid și ieftin la scară largă. LoCKAmp cuprinde o unitate de testare portabilă și cartușe de unică folosință, care sunt utilizate pentru fiecare test.

Se preconizează că unitatea de testare va costa doar 50 de lire sterline atunci când va ajunge la producția de masă, în timp ce cartușele de testare, realizate în prezent pentru 2,50 lire sterline, ar putea costa mai puțin de 50 de pence.

Cum funcționează LoCKAmp

LOCKAmp utilizează un proces cunoscut sub numele de RT-LAMP (amplificare izotermă mediată de buclă de transcripție inversă) pentru a multiplica secvențe specifice de ARN, ceea ce înseamnă că poate detecta rapid virusul specific pe care îl caută. Echipa susține că detectarea LAMP este de preferat testării PCR deoarece are o sensibilitate mai mare, este mai rapidă și mai specifică.

În mod crucial, procesarea are loc la o singură temperatură stabilă de 65°, în loc să fie nevoie de cele trei cicluri termice pe care le necesită un test PCR. Aceasta înseamnă că dispozitivul poate fi realizat mai ușor la o dimensiune portabilă și cu un consum de energie mai mic. Un alt avantaj al designului este că nu este necesară nicio prelucrare preliminară a probelor de tampon nazal.

Odată ce o probă de tampon nazal este adăugată în dispozitiv, LoCKAmp pompează lichidul prin canale microfluidice transparente minuscule așezate pe placa de circuite, deasupra încălzitoarelor de cupru de doar 0,017 mm grosime. Acestea încălzesc proba, eliberând materialul genetic ARN din virus. Acesta este apoi încălzit suplimentar și tratat cu substanțe chimice RT-LAMP pentru a încuraja si accelera multiplicarea.

Dacă ARN-ul specific virusului este prezent în proba amplificată, acesta este fluorescent sub lumină – acest semnal este apoi utilizat pentru a indica un test pozitiv.

LOCKAmp a fost dezvoltat de o echipă condusă la Universitatea din Bath, inclusiv personal din departamentele sale de Inginerie Chimică, Chimie și Științe ale Vieții, precum și colegi de la James Watt School of Engineering de la Universitatea din Glasgow și Centrul John Innes.

Dispozitivul a fost testat cu tampoane de la pacienți cu COVID-19 colectate de Bath’s Royal United Hospital Trusts, cu care Universitatea are un parteneriat de cercetare de lungă durată, în timpul celui de-al treilea val al pandemiei.

În ciuda încetării pandemiei, în special în conștiința publicului și în agenda legislativă, dezvoltarea a continuat, având în vedere adaptabilitatea și potențialul dispozitivului.

Posibilitatea de a urmări focarele prin ape uzate

Pe lângă dovedirea capacității sistemului de a analiza probe de tampon nazal, LoCKAmp ar putea fi folosit și pentru a efectua monitorizarea și detectarea anonimizată la nivel comunitar a virușilor precum Covid, prin testarea apelor uzate.

Această utilizare alternativă, care necesită o prelucrare preliminară a probelor de ape uzate, a fost realizată pe măsură ce echipa a profitat de expertiza în epidemiologie bazată pe ape uzate din cadrul Centrului de Cercetare a Inovării în Apă din Bath.

Utilizarea LoCKAmp pentru a efectua analiza continuă, în timp real, a apelor uzate ar putea permite organismelor de sănătate publică să detecteze rapid răspândirea virușilor precum Covid sau a altor boli infecțioase. Făcând acest lucru prin ape uzate, se poate obține o imagine mai largă la nivelul comunității, decât să se bazeze pe indivizi care să testeze regulat pentru o afecțiune.

Profesorul Barbara Kasprzyk-Hordern, de la Departamentul de Chimie al Bath, este expert în epidemiologie de mediu și a contribuit la cercetare. Ea spune:

Cu tehnologia LoCKAmp care oferă atât identificarea și cuantificarea țintelor genetice la costuri reduse, cât și în timp real, ne apropiem tot mai mult de urmărirea agenților patogeni în timp real. Aceasta deschide oportunități incitante care permit stabilirea sistemelor de avertizare precoce care utilizează apele uzate pentru supravegherea agenților patogeni în comunități.

Cercetarea a fost finanțată de Global Challenges Research Fund (GCRF) QR – UK Research & Innovation și de Engineering and Physical Sciences Research Council Impact Acceleration Account. La Centrul John Innes, cercetarea a fost susținută de BBSRC (Grant BB/V009087/1), Programul Strategic al Institutului “Molecules from Nature – Enhanced Research Capacity” (BBS/E/J/000PR9794) și Fundația John Innes. Autorii de la Departamentul de Biologie și Biochimie, Universitatea din Bath, recunosc sprijinul financiar al Academiei de Științe Medicale (SBF006\1023).

Sursa: https://www.bath.ac.uk/