SARS의 신속한 탐지

Nov 14, 2023

Nature Biomedical Engineering 6권, 944~956페이지(2022)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

신속한 핵산 검사는 전염병 감시의 핵심입니다. 여기에서는 신속한 코로나19 테스트를 위한 분석과 프로토타입 미세유체 장치에서의 구현을 보고합니다. 우리가 DISCoVER(코로나바이러스 효소 보고를 통한 진단용)라고 명명한 이 분석법에는 상온에서 안정적이고 저렴한 시약을 통한 추출이 필요 없는 샘플 용해, 다중 등온 RNA 증폭 후 T7 전사, 그리고 냉각된 형광단의 Cas13 매개 절단이 포함됩니다. . 이 장치는 60분 이내에 자동 분석 실행 및 형광 판독을 위해 소형 기기에 삽입된 일회용 중력 구동 미세유체 카트리지로 구성됩니다. DISCoVER는 타액 내 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)를 40 Copy μl-1의 감도로 검출할 수 있으며, 63에서 추출한 총 RNA를 사용하여 검증(정량적 PCR에 대해)했을 때 민감도는 94%, 특이도는 100%였습니다. 비강 면봉 샘플(SARS-CoV-2 양성 33개, 주기 임계값 13~35). 이 장치는 테스트된 모든 임상 타액 샘플(13개 중 10개 SARS-CoV-2 양성, 주기 임계값 23~31)을 올바르게 식별했습니다. 신속한 현장 핵산 검사는 분자 진단의 사용을 확대할 수 있습니다.

신속한 현장 핵산 검출은 질병 전파를 제어하기 위한 강력한 테스트 인프라의 중요한 구성 요소입니다. 2019년 코로나바이러스감염증-19(COVID-19) 전염병과 같은 발병은 중앙 집중식 진단 실험실 모델의 한계와 긴 샘플-응답 시간을 강조했습니다. 정량적 중합효소연쇄반응(qPCR)과 같은 실험실에서 개발한 테스트는 샘플 수집, 핵산 추출, 열 순환 및 데이터 분석을 위해 노동 집약적인 인력과 장비 인프라가 필요한 시설에서 수행됩니다. 샘플 운송 및 결과 보고 시간도 중앙 집중식 테스트의 소요 시간에 크게 영향을 미칩니다. 현장 검출과 결합된 사용하기 쉬운 미세유체 장치의 개발은 신속한 분자 테스트의 양과 접근을 증가시킬 것입니다.

지금까지 원인 물질인 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)에 의한 5억 건 이상의 감염으로 인해 코로나19로 인해 600만 명이 넘는 사망자가 발생했습니다. 높은 무증상 감염률1, 불충분한 검사, 매우 민감한 분자 검사를 위한 좁은 시간 창2,3 등의 수많은 문제는 직장이나 교실에 들어갈 때와 같은 현장 분자 진단을 광범위하게 배치하여 해결할 수 있습니다. 또한 지역사회 감시 테스트를 통해 임상 작업 흐름을 강화할 수 있는 엄청난 잠재력이 있습니다. 여기서 양성 사례는 보다 제한적인 임상 등급 테스트 공급을 통해 확인됩니다. 임상 테스트를 위한 표준 파이프라인이 RNA 추출 키트 또는 면봉 부족으로 인해 제한될 수 있으므로 대체 샘플링 방법 및 테스트 기술도 진단 공급망을 다양화하는 데 도움이 될 수 있습니다4,5.

따라서 우리는 RNA 추출이나 상부 호흡기 면봉 채취가 필요하지 않고 신속하고 자동화된 미세유체 워크플로에 통합될 수 있는 방법을 개발하고자 했습니다. qPCR 기반 분석은 이전에 직접 샘플 스파이크인을 사용하여 개발되었으며 일반적으로 샘플 용해에 고온을 사용합니다6. 다른 접근법에서는 카오트로픽제, 화학적 환원 및 RNase 억제제6,7,8,9를 활용했습니다. 또한, 타액 샘플은 비인두(NP) 면봉과 97% 일치하는 것으로 보고되었습니다10,11.

CRISPR(Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeat) 기반 검출은 핵산 진단을 위한 유망한 새로운 접근 방식입니다. 이러한 방법은 갇힌 리포터 분자를 절단하고 방출하기 위해 각각 비특이적 단일 가닥 RNA 또는 단일 가닥 DNA 뉴클레아제 활성을 유도하기 위해 Cas13 또는 Cas12 뉴클레아제의 가이드 RNA 의존적 활성화에 의존합니다. 15,16,17,18,19. 방출된 리포터를 형광 검출기로 정량적으로 측정하여 테스트 결과를 판독할 수 있습니다. CRISPR 기반 검출은 매우 구체적이지만 Cas13 뉴클레아제만으로는 진단 응용 분야에서 아토몰 민감도에 도달하는 데 최대 2시간이 걸릴 수 있습니다. 이와 대조적으로, 루프 매개 등온 증폭(LAMP)은 원자몰 검출 한계(LOD)를 사용하여 20분 이내에 매우 민감한 핵산 증폭을 수행합니다. 그러나 LAMP의 감도와 속도에도 불구하고 이러한 등온 방법은 종종 비특이적 증폭이 발생하기 쉽습니다.