Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крусе разработали новый тест на антиген на основе чипа, который может обеспечить сверхчувствительное обнаружение SARS-CoV-2 и гриппа А, вирусов, вызывающих COVID-19 и грипп, соответственно.

Тест достаточно чувствителен, чтобы обнаружить и идентифицировать отдельные вирусные антигены один за другим в образцах мазков из носа. Этот сверхчувствительный метод в конечном итоге может быть разработан в качестве молекулярного диагностического инструмента для использования в местах оказания медицинской помощи. Исследователи сообщили о своих выводах в статье, опубликованной 4 мая в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Это биосенсор на основе чипа, способный обнаруживать отдельные белки по одному, и мы показываем, как его можно использовать для обнаружения и идентификации антигенов для нескольких заболеваний одновременно”,-сказал старший автор Хольгер Шмидт, профессор электротехники и вычислительной техники в Калифорнийском университете Санта-Крус.

“Это совершенно новый способ поиска молекулярных биомаркеров не только для инфекционных заболеваний, но и для любых белковых биомаркеров, используемых в медицинских тестах”, – добавил Шмидт, который возглавляет кафедру оптоэлектроники Капани и руководит Центром наноразмерной оптожидкости У. М. Кека в Инженерной школе Баскина Калифорнийского университета в Калифорнии.

Нынешний золотой стандарт диагностики инфекций SARS-CoV-2 использует технологию ПЦР для амплификации небольших количеств геномного материала вируса, и образцы анализируются в централизованных лабораториях, таких как Клинико-диагностическая лаборатория Коллигана UCSC. Тесты на антигены, которые обнаруживают вирусные белки, быстрее и проще в использовании и были одобрены для тестирования в месте оказания медицинской помощи (например, в кабинетах врача) и даже для использования на дому, но эти тесты не считаются достаточно точными для принятия клинических решений, и их результаты могут потребовать подтверждения с помощью более надежной методики.

Новый тест на антигены на основе чипа не только высокочувствителен, но и позволяет одновременно тестировать несколько вирусов из одного образца. Это важно для таких заболеваний, как COVID-19 и грипп, которые имеют схожие симптомы. Меры, принятые для борьбы с пандемией COVID-19, значительно снизили заболеваемость гриппом, но в будущем врачам может понадобиться экспресс-тест, который может определить, каким респираторным вирусом заражен пациент.

Лаборатория Шмидта в сотрудничестве с группой соавтора Аарона Хокинса из Университета Бригама Янга впервые разработала технологию “оптожидкостного чипа” для биомедицинской диагностики, сочетающую микрофлюидику (крошечные каналы для обработки жидких образцов на чипе) с интегрированной оптикой для оптического анализа отдельных молекул.

Чтобы разработать новый тест на антиген, команда Шмидта разработала флуоресцентный зонд, достаточно яркий, чтобы отдельные маркеры можно было оптически обнаружить на чипе. “Способность обнаруживать отдельные маркеры означает, что нет необходимости в этапе амплификации, что устраняет некоторую сложность обработки”, – пояснил он.

Лаборатория Шмидта разрабатывала тесты на другие инфекционные заболевания, когда в прошлом году COVID-19 превратился в глобальную пандемию. Поначалу исследования прекратились, поскольку отключение по всему штату держало всех дома. Но Шмидту было ясно, что диагностическая технология, которую его лаборатория разрабатывала для вируса Зика и других инфекционных заболеваний, может быть адаптирована для COVID-19.

“Как только нам разрешили вернуться в лабораторию для проведения необходимых исследований, мои студенты начали самостоятельно работать в лаборатории над тестом на коронавирус”, – сказал Шмидт. “Это была героическая попытка моих студентов разработать эти тесты с нуля. Сначала нас остановила пандемия, а потом начались лесные пожары, и нам пришлось эвакуировать наши образцы в Стэнфорд и снова закрыться. Но они продолжали идти.”

Аспирантка Александра Стамбо возглавила эту работу и является первым автором статьи. Команда работала с диагностической лабораторией кампуса, чтобы получить образцы мазков из носа для тестирования. Они использовали только образцы, которые дали отрицательный результат на коронавирус, добавляя вирусные антигены в образцы в клинически значимых концентрациях для подтверждения результатов тестов.

В тесте используется подход “сэндвича антител”, обычно используемый для иммуноанализа. В этом случае антитела, специфичные для целевого антигена, прикрепляются к магнитным микробам, так что любой целевой антиген, присутствующий в образце, прилипает к шарикам. После промывки добавляется второе антитело с прикрепленным флуоресцентным маркером, и оно связывается с любым целевым антигеном, присутствующим на шариках. Флуоресцентные маркеры прикрепляются к антителам с помощью спейсера, который может быть расщеплен ультрафиолетовым светом, который высвобождает маркеры для прохождения через чип обнаружения, где они обнаруживаются один за другим. Исследователи прикрепили зеленый маркер к антителу к коронавирусу и красный маркер к антителу к гриппу, чтобы различать эти два вируса.