過去 1 年間、SARS、ジカ熱、エボラ出血熱などの大流行と、H1N19 や COVID-XNUMX などのパンデミックが世界を襲いました。 感染症の発生が規則的に増加するにつれて、流行を封じ込め、パンデミックを防ぐために、ウイルス診断および監視検査能力を拡大する必要性が次第に明らかになります。 が率いる研究者 ディノ・ディ・カルロ & サム・エマミネジャード カリフォルニア大学ロサンゼルス校（カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）) は現在、ミリサイズの磁石 (「フェロボット」と呼ばれる) の群れに基づくハンドヘルド ウイルス診断テストを開発しました。 この技術は、コストと希少な消耗品の使用を最小限に抑えながら、疾患検査のスループットを大幅に向上させる可能性があります。
での診断ラボ キットの説明 自然、研究者は、多重化およびプールされたウイルス検査のためのプラットフォームの動作原理と適応性を概説しています。 彼らはまた、COVID-19 の症状を持つ個人からのサンプルを使用した臨床研究の結果も報告しています。 ラボキットを使用したテスト結果を、ゴールドスタンダードの逆転写ポリメラーゼ連鎖反応 (RT-PCR) アッセイを使用して COVID-19 についてテストされた同じサンプルと比較すると、98% のテスト感度と 100% の特異性が明らかになりました。
供給不足の解消とコスト削減
ウイルス診断および監視検査のオプションの中で、核酸増幅検査 (NAAT) は、感度、特異性、および特定の診断用抗体を事前に生成することなく迅速に提供できるという点で、抗原および抗体ベースの検査よりも明らかな利点を示しています。 しかし、以前の NAAT ベースの検査プラットフォームでは、柔軟なワークフローを実現し、疾患スクリーニングの効率を最大化するために必要な、統合された液体処理、分析、および自動フィードバック プロセスを実行できませんでした。
この不足を克服するために、UCLA の研究者は、液体処理と生物分析操作を並行して実行する手のひらサイズのプリント回路基板ベースのプログラム可能なプラットフォームを作成しました。 かさばるリソース集約型の機器を必要とした以前の方法とは対照的に、小型化されたプラットフォームは、幅広いウイルスの蔓延に対して大幅なコスト削減を実現すると同時に、高精度、堅牢性、適応性、およびスケーラビリティを提供します。
「私たちのハンドヘルド ラボ技術は、特にパンデミックの初期に病気の蔓延を制御することが最も重要であるときに、不足と検査へのアクセスのいくつかの障壁を克服するのに役立つ可能性があります」と Emaminejad 氏は言います。 「そして、供給不足と高い需要の問題に対処する可能性を超えて、現場でラボグレードの品質でさまざまな種類の病気をテストするために広く適応させることができます。」
多重化およびプールされたテストへの移行
研究者は、ウイルスからの遺伝物質の存在を検出する一連の操作を開発しました。この場合、COVID-2 を引き起こす SARS-CoV-19 です。 回路基板は、反応生成物 (DNA) を増幅するためのサンプル液滴の自動輸送、分注、マージ、混合、および加熱を含む、診断 NAAT ワークフローを通じて磁化サンプルを輸送するためにフェロボットの群れを制御します。 最後に、結果は、pH 指示薬の色の変化に基づいて決定されます。これにより、しきい値の上または下で、それぞれ陽性または陰性としてテストのバイナリ解釈が可能になります。
UCLA の研究者はまた、回路内の電磁タイルを使用して多数のフェロボットを同時に動かす並列化と、各フェロボットによる協調的な方法での (他のフェロボットとの協調による) 順次タスク操作を実証しました。
「このプラットフォームのコンパクトな設計とサンプルの自動処理により、プールされたテストを簡単に実装できます。これにより、数十の患者サンプルを同時にテストでき、現在 XNUMX 人の患者だけをテストするのに必要な同じ材料をすべて使用できます」と Di Carlo 氏は言います。 「たとえば、わずか数十個の検査キットで、大学の寮全体で学生を検査することができます。」
適応型バイオセンサーが COVID-19 ウイルスと抗体を迅速に検出
16回のアッセイで最大10個のサンプルをテストできるプールされたテストアルゴリズムを実装することにより、システムはサンプルを個別にテストするよりもはるかに低い試薬コストを必要とします. プールされたテストが肯定的な結果を示した場合、実際の肯定的なサンプルが特定されるまで、プラットフォーム内で合理化された一連の操作が行われます。 最終的に、研究者は、ウイルスの蔓延度に応じて、化学試薬のコストを 300 倍から XNUMX 倍削減できる可能性があると述べています。
複数の疾患を同時に検査するだけでなく、このプラットフォームは、多数の入力サンプルを到着時に並行して非同期で分析できるため、バッチ処理に伴う待ち時間を回避できます。 そのため、チームは、この技術が、流行とパンデミックへの備えのために世界的に検査能力を高めるための有望なソリューションとして役立つと結論付けています。
