PCR-tests, ook wel moleculaire tests of nucleïnezuurtests genoemd, worden beschouwd als de gouden standaard bij het detecteren van de aanwezigheid van SARS-CoV-2, het virus dat aanleiding geeft tot COVID-19. Het kan echter een paar dagen duren voordat ze zijn verwerkt, wat resulteert in onnodige quarantaine voor negatieve personen of vertragingen voor degenen die een bewijs van negatieve tests nodig hebben voor reizen of andere verplichtingen. Snelle antigeendetectietests zijn daarentegen handig, maar minder betrouwbaar dan PCR-tests.

Om de kloof tussen nauwkeurigheid en gemak te overbruggen, hebben onderzoekers van Penn State een thuis, op speeksel gebaseerd testplatform ontwikkeld dat binnen 45 minuten resultaten kan opleveren. In voorlopige tests heeft het platform het COVID-veroorzakende virus gedetecteerd met dezelfde gevoeligheid als PCR-tests. Hun resultaten zijn deze week gepubliceerd in ACS Sensors.

"PCR-testresultaten hebben ongeveer een uur nodig om zich in een laboratorium te ontwikkelen, maar je moet rekening houden met de tijd die nodig is om het monster naar een laboratorium te sturen en voor het laboratorium om het te verwerken", zegt hoofdonderzoeker Weihua Guan, universitair hoofddocent elektrische engineering en van biomedische technologie in Penn State's College of Engineering. "We wilden een levensvatbaar alternatief voor de PCR creëren dat mensen thuis kunnen gebruiken, zonder de invasieve neustest te hoeven ondergaan."

Guan en zijn team ontwikkelden een testkit ter grootte van een handpalm, waarbij een persoon in een cartridge spuugt en deze in het verwerkingsplatform steekt. Binnen 45 minuten worden de testresultaten naar een aangepaste Android-app gestuurd die door de onderzoekers is ontwikkeld.

Het platform maakt gebruik van reverse transcription loop-gemedieerde isotherme amplificatie, of RT-LAMP, om het virus te detecteren. Het testapparaat verwarmt eerst het speeksel tot 203 graden Fahrenheit, de temperatuur waarbij de omhulsels van virale deeltjes uiteenvallen en hun genetisch materiaal vrijgeven. Het genetische materiaal wordt vervolgens gemengd met voorverpakte reagentia in een microfluïdische cartridge. Ten slotte wordt het monster afgekoeld tot 149 graden Fahrenheit, wat een nieuwe chemische reactie veroorzaakt waarbij een paar virale moleculen worden vermenigvuldigd tot miljarden kopieën, waardoor het virus gemakkelijker te identificeren is. Als het virus aanwezig is in het speekselmonster, krijgt de gebruiker een positief resultaat op zijn verbonden smartphone-app.

Om de opstelling te testen, hebben Guan en zijn team menselijke speekselmonsters die commercieel zijn gekocht, geïnfuseerd met geïnactiveerde SARS-CoV-2-virusdeeltjes en de monsters door het prototype geleid. Ze hebben ook een aantal klinische exemplaren getest. Het platform bepaalde nauwkeurig of elk monster positief of negatief was voor het virus.

"We hebben honderden nepmonsters getest en de hoeveelheid COVID-deeltjes in elk exemplaar gecontroleerd", zei Guan. "Ons platform bleek zeer gevoelig te zijn voor de aanwezigheid van het virus in zowel de nep- als de klinische monsters, met de normen die zijn vastgesteld door de PCR-test als onze maatstaf."

De onderzoekers zeiden dat ze van plan zijn hun platform te blijven testen met meer klinische COVID-monsters door middel van een samenwerking met Yusheng Zhu, medisch directeur van het Clinical Chemistry and Automated Testing Laboratory in het Penn State Milton S. Hershey Medical Center.

Naast meer klinische testen, werken de onderzoekers ook aan het verbeteren van de korte houdbaarheid van de test, aangezien de enzymen in het prototype binnen drie dagen na productie bij kamertemperatuur degraderen. Het team experimenteert met vriesdrogen van reagens, een methode voor het vriesdrogen van biologisch materiaal dat de houdbaarheid van enzymen kan verlengen. Volgens Guan geven voorlopige resultaten aan dat de methode ervoor zorgt dat de RT-LAMP-test ten minste zes maanden bij kamertemperatuur in winkels of in het medicijnkastje thuis kan duren.

De onderzoekers dienden een voorlopige octrooiaanvraag in op hun apparaat en zeiden dat ze van plan zijn het te commercialiseren, in afwachting van opgeschaalde klinische tests en beoordeling door de Amerikaanse Food and Drug Administration.

Suresh V. Kuchipudi, interim-directeur van Penn State's Animal Diagnostic Laboratory (ADL) en Dorothy Foehr Huck en J. Lloyd Huck Chair in Emerging Infectious Diseases, en Michele Yon, onderzoekstechnoloog bij ADL, hebben de klinische monsters verkregen die in dit werk zijn getest. Andere bijdragers zijn Zifan Tang, Aneesh Kshirsagar en Tianyi Liu, allemaal doctoraatsstudenten in de Penn State in elektrotechniek, en Jiarui Cui, een student elektrotechniek in Penn State. + Verder verkennen

Snelle prototype speekseltest thuis die even goed is als RT-PCR