Nano-ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben nieuwe en verbeterde sondes ontwikkeld, bekend als positieve controles, dat zou het gemakkelijker kunnen maken om snel te valideren, point-of-care diagnostische tests voor COVID-19 over de hele wereld.

De positieve controles, gemaakt van virusachtige deeltjes, zijn stabiel en gemakkelijk te vervaardigen. Onderzoekers zeggen dat de controles het potentieel hebben om de nauwkeurigheid van nieuwe COVID-19-tests te verbeteren die eenvoudiger, sneller en goedkoper, het mogelijk maken om testen uit te breiden buiten het lab.

"Ons doel is om impact te maken, niet noodzakelijk in het ziekenhuis, waar u state-of-the-art faciliteiten heeft, maar met weinig middelen, onvoldoende bediende gebieden die mogelijk niet over de geavanceerde infrastructuur of opgeleid personeel beschikken, " zei Nicole Steinmetz, een professor in nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Positieve controles zijn een nietje in het laboratorium - ze worden gebruikt om te verifiëren dat een test of experiment inderdaad werkt. De positieve controles die voornamelijk worden gebruikt om de huidige COVID-19-tests te valideren, zijn naakte synthetische RNA's, plasmiden of RNA-monsters van geïnfecteerde patiënten. Maar het probleem is dat RNA en plasmiden niet stabiel zijn zoals virale deeltjes. Ze kunnen gemakkelijk degraderen en vereisen koeling, waardoor ze onhandig en duur zijn om over de hele wereld te verzenden of voor lange tijd op te slaan.

In een paper gepubliceerd op 25 november in ACS Nano , UC San Diego-onderzoekers onder leiding van Steinmetz melden dat door segmenten van RNA van het SARS-CoV-2-virus in virusachtige deeltjes te verpakken, ze kunnen positieve controles creëren voor COVID-19-tests die stabiel zijn - ze kunnen een week worden bewaard bij temperaturen tot 40 graden C (104 graden F), en behouden 70% van hun activiteit, zelfs na een maand opslag – en kunnen worden gedetecteerd als het nieuwe coronavirus zonder besmettelijk te zijn.

Het team ontwikkelde twee verschillende controles:een gemaakt van nanodeeltjes van plantenvirussen, de andere van bacteriofaag nanodeeltjes. Het gebruik ervan is eenvoudig. De controles worden uitgevoerd en geanalyseerd naast een patiëntmonster, een betrouwbare maatstaf voor hoe een positief testresultaat eruit zou moeten zien.

Om de op plantenvirus gebaseerde controles uit te voeren, de onderzoekers gebruiken het cowpea chlorotic mottle virus, die erwtenplanten met zwarte ogen infecteert. Ze openen in wezen het virus, verwijder de RNA-inhoud, vervang ze door een gesynthetiseerd RNA-sjabloon met specifieke sequenties van het SARS-CoV-2-virus, sluit dan alles weer af.

Het proces om de op bacteriofaag gebaseerde controles te maken, begint met plasmiden, dat zijn ringen van DNA. In deze plasmiden zijn de gensequenties van het SARS-CoV-2-virus ingevoegd, evenals genen die coderen voor oppervlakte-eiwitten van de bacteriofaag Qbeta. Deze plasmiden worden vervolgens opgenomen door bacteriën. Dit proces herprogrammeert de bacteriën om virusachtige deeltjes te produceren met SARS-CoV-2 RNA-sequenties aan de binnenkant en Qbeta-bacteriofaag-eiwitten aan de buitenkant.

Beide controles werden gevalideerd met klinische monsters. Een groot voordeel, de onderzoekers wijzen erop, is dat, in tegenstelling tot de positieve controles die tegenwoordig worden gebruikt, deze kunnen in alle stappen van een COVID-19-test worden gebruikt.

"We kunnen deze gebruiken als volledige procescontroles - we kunnen de analyse parallel met het patiëntmonster uitvoeren, helemaal vanaf RNA-extractie, " zei eerste auteur Soo Khim Chan, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Steinmetz. "Andere bedieningselementen worden meestal in een latere stap toegevoegd. Dus als er iets mis is gegaan in de eerste stappen, je zult het niet weten."

Tot dusver, de onderzoekers hebben hun controles aangepast voor gebruik in de CDC-geautoriseerde RT-PCR-test. Hoewel dit momenteel de gouden standaard is voor COVID-19-testen, het is duur, complex, en het kan dagen duren voordat de resultaten worden geretourneerd vanwege de logistiek van het verzenden van monsters naar een laboratorium met PCR-mogelijkheden.

Steinmetz, Chan en collega's werken nu aan het aanpassen van de bedieningselementen voor gebruik in minder complexe diagnostische tests zoals de RT-LAMP-test die ter plaatse kan worden gedaan, uit het lab en geef meteen resultaten.

"Het is een relatief eenvoudige nanotechnologische benadering om low-tech assays nauwkeuriger te maken, "Zei Steinmetz. "Dit zou kunnen helpen een aantal van de barrières te slechten voor massale testen van achtergestelde bevolkingsgroepen in de VS en over de hele wereld."

Paper titel:"Biomimetisch virusachtige deeltjes als ernstig acuut ademhalingssyndroom Coronavirus 2 diagnostische hulpmiddelen."