«Растущий глобальный кризис в области здравоохранения, вызванный вирусом Зика, побудил нас использовать новые технологии, которые мы разработали в лаборатории, и использовать их для создания рабочего процесса, который мог бы диагностировать пациента с вирусом Зика в полевых условиях в течение 2-3 часов», — сказал он. Коллинз, который является членом факультета Wyss Core, и профессором медицинской инженерии в Термире. Наук и профессор биологической инженерии на факультете биологической инженерии Массачусетского технологического института (MIT).Основываясь на предыдущей работе, выполненной в Гарвардском институте Висса Коллинзом и его командой, а также сотрудниками из Массачусетского технологического института (MIT), Бродского института Гарварда и Массачусетского технологического института, Гарвардской медицинской школы (HMS), Университета Торонто, Университета штата Аризона ( ASU), Университет Висконсин-Мэдисон (UW-Madison), Бостонский университет (BU), Корнельский университет и Addgene объединили свои усилия, чтобы быстро создать прототип быстрого диагностического теста и описать свои методы в исследовании, опубликованном в Интернете 6 мая 2016 г. в журнал Cell, и все это в течение шести недель.
Коллинз — автор статьи.Новые инновации во время кризиса здравоохранения, вызванного вирусом ЭболаВ октябре 2014 года команда Коллинза разработала революционный метод встраивания синтетических генных сетей, которые можно было бы использовать в качестве программируемой диагностики и датчиков, на портативных небольших дисках из обычной бумаги.Воодушевленные продолжавшейся в то время вспышкой Эболы в Африке, они продемонстрировали доказательную диагностику изменения цвета, которая могла бы выявлять Эболу, встраивая в бумагу синтетический биомолекулярный датчик нового типа, предназначенный для скрининга определенных последовательностей РНК.
Эти последовательности РНК могут маркировать не только генетические сигнатуры вируса Эбола, но и других РНК-вирусов, включая вирус Зика, SARS, корь, грипп, гепатит С и лихорадку Западного Нила. Команда считала, что однажды этот метод можно будет применить в полевых условиях для выявления вирусов в образцах крови, мочи или слюны.
Однако до недавнего времени бумажная технология, созданная командой, была поставлена под сомнение из-за чрезвычайно низкой концентрации вируса, который обычно содержится в крови, моче и слюне. Теперь, используя образцы крови обезьян, инфицированных вирусом Зика, а также вирус, полученный из клеток, инфицированных в лаборатории, команда проверила методику следующего поколения, которая решает эту проблему.
Скачок к бумажной диагностике, вызванный вспышкой вируса Зика«Яркие образы в новостях, связанные с продолжающимся кризисом, вызванным вирусом Зика, душераздирают», — сказал Кейт Парди, доктор философии, один из соавторов исследования и доцент фармацевтического факультета Лесли Дэна Университета Торонто. который ранее был научным сотрудником Института Висса и BU. «Мы надеемся, что подобный инструмент поможет снизить воздействие вспышки, пока не будет разработана вакцина».Помня об использовании в полевых условиях, команда Коллинза разработала простой модульный рабочий процесс, состоящий из трех этапов: амплификация, обнаружение вируса Зика и идентификация штаммов с помощью CRISPR-Cas9. CRISPR-Cas9, механизм редактирования генов, полученный из иммунной системы бактерий, можно использовать для поиска целых последовательностей с целью поиска эксклюзивных генетических маркеров.
Используя талант CRISPR-Cas9 в распознавании последовательностей, третья часть системы команды использует диагностику на бумажных носителях с помощью CRISPR-Cas9, чтобы различать штаммы, генетические профили которых отличаются всего на один нуклеотид.После того, как РНК образца была амплифицирована с использованием смеси ферментов и «праймеров», последовательностей ДНК, запускающих репликацию, капля наносится на бумажные диски, подвергнутые сублимационной сушке, содержащие смесь клеточных компонентов и биологических белков. Капля амплифицированной РНК активирует лиофилизированные компоненты, так что диски меняют цвет, указывая на положительный результат для вируса Зика.
Хотя результат можно прочитать невооруженным глазом, как при домашнем тесте на беременность, можно также использовать специально разработанный электронный ридер, чтобы получить более быстрые результаты и однажды определить количество вирусной нагрузки в образце.Если вирус Зика обнаружен, третий шаг включает смешивание образца с лиофилизированным коктейлем CRISPR-Cas9, а затем использование этой смеси для смачивания другого набора меняющих цвет бумажных дисков.
В зависимости от типа штамма вируса Зика, содержащегося в образце, эти диски претерпевают другой набор видимых изменений цвета. Хотя синтетические биологи и генные инженеры обычно заставляют CRISPR-Cas9 работать внутри живых клеток, команда Коллинза обнаружила, что он работает так же хорошо — а в некоторых случаях даже лучше — при сублимационной сушке.«Мы протестировали наши диагностические системы против близкородственных штаммов вируса денге и обнаружили, что на первых двух этапах наша система может легко отличить вирус Зика от денге», — сказал Александр Грин, доктор философии, соавтор исследования. исследования и доцент Центра молекулярного дизайна и биомиметики в Институте биодизайна и Школе молекулярных наук АГУ, который ранее был научным сотрудником в Институте Висса и BU. «Добавление третьего шага на основе CRISPR — развертывания Cas9 на бумажной платформе в первый раз — только повышает точность обнаружения.
Пока мы готовим эту технологию к переводу, мы планируем проверить нашу систему на десятках или даже сотни клинических образцов ».Борьба с будущими пандемиямиВсе компоненты диагностической системы можно лиофилизировать для хранения и транспортировки, сохраняя при этом свою эффективность. Возможность точно установить диагноз, специфичный для штамма, в полевых условиях может оказаться полезной для национальных и глобальных организаций здравоохранения для отслеживания распространения вирусной вспышки в режиме реального времени и для подготовки стратегий сдерживания и планов лечения.
Диагностическая система, разработанная командой Коллинза, может быть адаптирована для выявления ряда патогенов и является чрезвычайно рентабельной диагностической платформой, учитывая ее бумажный характер. Более того, этот метод надежен и может использоваться для быстрого реагирования и разработки новых диагностических средств в условиях возникающих вспышек.«В ответ на возникающую вспышку болезни мы предполагаем, что специализированная диагностическая система может быть готова к использованию в течение одной недели», — сказал Коллинз. «В настоящее время мы используем множество возможностей для обеспечения частного и государственного финансирования, чтобы коммерциализировать эту диагностическую систему и сделать ее доступной для служб здравоохранения во всем мире».
«Возможность воспроизвести генетический механизм живых клеток в обычной лиофилизированной бумаге дает возможность в кратчайшие сроки разработать революционные датчики и диагностические средства с более высокой чувствительностью и специфичностью, чем более традиционные методы анализа. Эти недорогие бумажные тесты также могут можно легко транспортировать из лаборатории и распространять практически в любой точке мира. Потенциал для применения в скрининге здоровья и окружающей среды, особенно в районах с ограниченными ресурсами, огромен ", — сказал директор-основатель Wyss Institute Дональд Ингбер, доктор медицинских наук, который является профессором биологии сосудов Гарвардской медицинской школы и программы биологии сосудов в Бостонской детской больнице Джуды Фолкман, а также профессором биоинженерии Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им.
Джона А. Полсона.