Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια νέα τεχνολογία που αυξάνει με ευελιξία τα μοριακά διαγνωστικά, που βασίζονται σε CRISPR, χρησιμοποιώντας τσιπ μικρορευστών που μπορούν να πραγματοποιήσουν χιλιάδες δοκιμές ταυτόχρονα. Η χωρητικότητα ενός τσιπ κυμαίνεται από την ανίχνευση ενός μόνο τύπου ιού σε περισσότερα από 1.000 δείγματα κάθε φορά έως την αναζήτηση ενός μικρού αριθμού δειγμάτων για περισσότερους από 160 διαφορετικούς ιούς, συμπεριλαμβανομένου του κοροναϊού της COVID-19.
Η τεχνολογία αυτή ονομάζεται Combinatorial Arrayed Reactions for Multiplexed Evaluation of Nucleic Acids (CARMEN), – δοκιμασμένη σε δείγματα ασθενών – και παρέχει αποτελέσματα της ίδιας ημέρας, τα οποία θα μπορούσαν κάποια μέρα να αξιοποιηθούν για ευρείες προσπάθειες δημόσιας υγείας.
Η εν λόγω μελέτη δημοσιεύεται στο Nature, με επικεφαλής τους συγγραφείς Cheri Ackerman και Cameron Myhrvold, και δύο μεταδιδακτορικοί ερευνητές στο Broad Institute of MIT και το Χάρβαρντ. Ο Paul Blainey, βασικό μέλος του Broad Institute και αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Βιολογικής Μηχανικής στο MIT, και ο Pardis Sabeti, μέλος του ινστιτούτου στο Broad, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes.
“Η τρέχουσα πανδημία υπογράμμισε μόνο ότι τα γρήγορα και ευαίσθητα εργαλεία είναι κρίσιμα για τη διάγνωση, την παρακολούθηση και τον χαρακτηρισμό μιας λοίμωξης σε έναν πληθυσμό”, δήλωσε ο Sabeti. “Η ανάγκη για καινοτόμα διαγνωστικά που μπορούν να εφαρμοστούν ευρέως σε κοινότητες δεν ήταν ποτέ πιο επείγουσα.”
“Τα διαγνωστικά τεστ που βασίζονται στο CRISPR είναι ένα ελκυστικό εργαλείο για τον προγραμματισμό, την ευαισθησία και την ευκολία χρήσης τους”, δήλωσε ο Myhrvold. “Τώρα, με έναν τρόπο αύξησης αυτών των διαγνωστικών, μπορούμε να διερευνήσουμε τις δυνατότητές τους για ολοκληρωμένες προσεγγίσεις – για παράδειγμα, επιτρέποντας στους κλινικούς ιατρούς να δουν εάν οι ασθενείς έχουν πολλές μολύνσεις, να αποκλείσουν πολύ γρήγορα ένα σύνολο ασθενειών ή να δοκιμάσουν μεγάλο πληθυσμό ασθενών για σοβαρή λοίμωξη. “
Μικροποίηση διαγνωστικών CRISPR
Για να δημιουργήσει μια πλατφόρμα δοκιμών με αυτή την ικανότητα, η ομάδα στράφηκε στα μικρορευστά, προσαρμόζοντας και βελτιώνοντας την τεχνολογία που αναπτύχθηκε το 2018 από το εργαστήριο της Blainey.
Οι ερευνητές δημιούργησαν τσιπ από καουτσούκ, ελαφρώς μεγαλύτερα από ένα smartphone, με δεκάδες χιλιάδες “μικροκυψελίδες” – μικρά διαμερίσματα που έχουν σχεδιαστεί για το καθένα να κρατούν ένα ζευγάρι σταγονίδια μεγέθους νανολίτρων. Το ένα σταγονίδιο περιέχει ιικό γενετικό υλικό από ένα δείγμα και το άλλο περιέχει αντιδραστήρια ανίχνευσης ιών. “Τα τσιπ μικροβυθίσματος είναι κατασκευασμένα σαν σφραγίδα – είναι καουτσούκ χυμένο πάνω από ένα καλούπι”, εξήγησε ο Ackerman. “Μπορούμε εύκολα να αντιγράψουμε και να μοιραστούμε αυτήν την τεχνολογία με συνεργάτες.”
Η προσέγγιση ανίχνευσης που χρησιμοποιείται στα τσιπ προσαρμόζεται από το διαγνωστικό SHERLOCK με βάση το CRISPR, το οποίο περιγράφηκε για πρώτη φορά το 2017 και αναπτύχθηκε από ομάδα επιστημόνων από το Broad Institute, το McGovern Institute for Brain Research στο MIT, το Institute for Medical Engineering & Science στο MIT , και το Ινστιτούτο Wyss for Biologically Inspired Engineering στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.