Al meer dan 30 jaar is de polymerasekettingreactie (PCR) de gouden standaard in moleculair diagnostisch testen, waarbij genetisch materiaal wordt gedetecteerd, zoals dat van een virus of van menselijk DNA. Maar PCR, inclusief reverse-transcriptie-polymerasekettingreactie (RT-PCR), wordt meestal gedaan in grote, gecentraliseerde laboratoria, niet in point-of-care (POC) -instellingen, omdat de instrumentatie omvangrijk en duur is, en het lang duurt voordat resultaten worden bereikt , en vereist opgeleide technici om het uit te voeren. Deze beperkingen hebben geleid tot een tekort aan nauwkeurige POC-diagnostiek en tot knelpunten in testresultaten, vooral tijdens de COVID-19-pandemie.

Onderzoekers van Columbia Engineering en Rover Diagnostics hebben vandaag aangekondigd dat ze een RT-PCR-platform hebben gebouwd dat in 23 minuten resultaten geeft die overeenkomen met de langere laboratoriumtests - sneller dan andere PCR-tests op de markt. Het kan worden aangepast om te testen op een breed scala aan infectieziekten, waaronder niet alleen COVID-19, maar ook griep, streptokokken en andere virussen die een snelle diagnose vereisen. De gerichte gevoeligheid is hoger dan bij andere soorten tests zoals isotherm, antigeen en CRISPR. En met een gewicht van slechts twee pond is de Rover PCR gemakkelijk mee te nemen en door iedereen te gebruiken.

"Ons doel was om een ​​platform te creëren dat kan worden gebruikt op locaties waar snelle doorloopresultaten van cruciaal belang zijn, bij apotheken, transportknooppunten, openbare evenementen en bij bedrijven die werknemers screenen die weer aan het werk gaan", zegt Sam Sia, hoogleraar biomedische technologie en Vice-proost voor het vierde doel en strategische impact in Columbia.

Het systeem is ontwikkeld in samenwerking met Rover Diagnostics, een biotech-start-up die in 2018 mede werd opgericht door Sia en seriële tech-ondernemer Mark Fasciano, Rover's CEO. Het platform maakt gebruik van monstervoorbereidingstechnieken die zijn ontwikkeld in het laboratorium van Sia, gecombineerd met een nieuwe benadering van thermische cycli, waarbij de standaardbenadering van het Peltier-apparaat wordt omzeild - dat het monster van buiten de injectieflacon verwarmt. In plaats daarvan maakt Rovers systeem gebruik van een fotothermisch proces - plasmonische thermocycling - dat vertrouwt op nanodeeltjes die worden bestraald door licht om snel warmte van binnenuit te genereren.

Het team voerde met succes reverse-transcriptase kwantitatieve PCR (RT-qPCR) uit in een reactievat dat alle PCR-reagentia bevat. qPCR is de huidige gouden standaard laboratoriumtechniek voor het identificeren van COVID-infectie. De techniek biedt kwantificering van infectieuze eenheden, maar vormt ook een aantal hindernissen voor miniaturisatie op het punt van zorg (POC).

In de studie die vandaag is gepubliceerd in Nature Nanotechnology , hebben de onderzoekers deze uitdagingen aangepakt door gebruik te maken van plasmonische nanodeeltjes - discrete metaaldeeltjes die reageren op infrarood licht door warmte af te geven - om realtime en gemultiplexte RT-qPCR op klinische monsters te bereiken.

"Dit zou echt een nieuwe impuls moeten geven aan het leveren van snelle en nauwkeurige moleculaire klinische diagnostiek in gedecentraliseerde omgevingen", zegt Fasciano, een computerwetenschapper die software- en biotech-ondernemer is geworden. "Thermal cycling, zo cruciaal voor DNA- en RNA-testen, kan nu worden versneld en zowel clinici als patiënten hoeven niet zo lang op resultaten te wachten."

Het Rover-team gaat verder met een commercieel product dat COVID-19, zijn varianten en andere infectieziekten kan detecteren. + Verder verkennen

Veelbelovende COVID-19-sneltesttechnologie gaat fase 1 van NIH-uitdaging in