Новый путь к более быстрой диагностике COVID-19 вымощен золотом

Быстрое распространение COVID-19, заболевания, вызванного вирусом SARS-CoV-2, привело к кризису общественного здравоохранения во всем мире. Раннее выявление и изоляция COVID-19 имеют ключевое значение для контроля передачи болезни и защиты уязвимых групп населения. Текущим стандартом диагностики COVID-19 является полимеразная цепная реакция с обратной транскриптазой (ОТ-ПЦР) — метод, при котором вирусные гены выявляются после того, как они проходят несколько циклов амплификации. Однако этот метод требует много времени, создает невыполненные тесты в диагностических центрах и приводит к задержке диагностики.      

В недавнем исследовании, опубликованном в Biosensors and Bioelectronics, исследователи из Кореи и Китая представили новую платформу на основе нанотехнологий, которая может сократить время, необходимое для диагностики COVID-19. Их платформа обнаружения комбинационного рассеяния света (SERS) и ПЦР с усилением поверхности, приготовленная с использованием наночастиц золота (AuNP) в полостях субстратов Au «nanadimple» (AuNDS), может обнаруживать вирусные гены всего после 8 циклов амплификации. Это почти треть количества, необходимого для обычной ОТ-ПЦР.

«Традиционная ОТ-ПЦР основана на обнаружении флуоресцентных сигналов, поэтому для обнаружения SARS-CoV-3 требуется 4–2 часа. Этой скорости недостаточно, учитывая скорость распространения COVID-19. Мы хотели найти способ сократить это время хотя бы вдвое», — говорит профессор Джебум Чу, объясняя мотивы исследования. К счастью, ответ был не за горами. В предыдущем исследовании, опубликованном в 2021 году, группа профессора Чу разработала новую платформу обнаружения, в которой высокочувствительные сигналы SERS генерируются AuNP, равномерно расположенными в полостях AuNDS, с помощью метода, называемого гибридизацией ДНК. Основываясь на этом предыдущем открытии, профессор Чу и его команда разработали новую платформу SERS-PCR для диагностики COVID-19.

Недавно разработанный анализ SERS-PCR использует сигналы SERS для обнаружения «мостовой ДНК» — небольших ДНК-зондов, которые медленно разрушаются в присутствии целевых вирусных генов. Следовательно, в образцах от пациентов с положительным результатом на COVID-19 концентрация мостиковой ДНК (и, следовательно, сигнал SERS) постоянно снижается с прогрессирующими циклами ПЦР. Напротив, когда SARS-CoV-2 отсутствует, сигнал SERS остается неизменным.

Команда проверила эффективность своей системы, используя два репрезентативных маркера-мишени SARS-CoV-2, а именно гены оболочечного белка (E) и РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp) SARS-CoV-2. В то время как для обнаружения на основе ОТ-ПЦР требовалось 25 циклов, для платформы SERS-PCR на основе AuNDS требовалось всего 8 циклов, что значительно сокращало продолжительность тестирования. «Несмотря на то, что наши результаты являются предварительными, они обеспечивают важное доказательство правильности концепции SERS-PCR как диагностического метода. Наш метод SERS-PCR на основе AuNDS представляет собой многообещающую новую платформу молекулярной диагностики, которая может значительно сократить время, необходимое для обнаружения генов, по сравнению с обычными методами RT-PCR. Эту модель можно расширить, включив в нее автоматический пробоотборник для разработки системы молекулярной диагностики следующего поколения», — объясняет профессор Чу.

Действительно, SERS-PCR может стать важным инструментом в нашем арсенале против пандемии COVID-19. Это также может привести к смене парадигмы в области молекулярной диагностики, революционизируя способы выявления инфекционных заболеваний и борьбы с будущими эпидемиями.