Ny väg mot snabbare covid-19-diagnos banad i guld

Den snabba spridningen av COVID-19, en sjukdom orsakad av SARS-CoV-2-viruset, har skapat en folkhälsokris runt om i världen. Tidig upptäckt och isolering av covid-19 är nyckeln för att kontrollera sjukdomsöverföring och skydda utsatta befolkningar. Den nuvarande standarden för COVID-19-diagnos är omvänd transkriptas-polymeraskedjereaktion (RT-PCR), en teknik där virala gener upptäcks efter att de genomgått flera amplifieringscykler. Den här tekniken är dock tidskrävande, skapar en eftersläpning av tester mellan diagnostiska centra och leder till försenade diagnoser.      

I en nyligen publicerad studie publicerad i Biosensors and Bioelectronics har forskare från Korea och Kina introducerat en ny nanoteknikbaserad plattform som kan förkorta tiden som krävs för diagnos av covid-19. Deras ytförstärkta Raman-spridning (SERS)-PCR-detektionsplattform – framställd med hjälp av guldnanopartiklar (AuNPs) i håligheterna i Au 'nanodimple' substrat (AuNDS) – kan upptäcka virala gener efter bara 8 cykler av amplifiering. Det är nästan en tredjedel av det antal som krävs med konventionell RT-PCR.

"Konventionell RT-PCR är baserad på detektering av fluorescenssignaler, så det krävs 3–4 timmar för att detektera SARS-CoV-2. Denna hastighet är inte tillräcklig med tanke på hur snabbt covid-19 sprider sig. Vi ville hitta ett sätt att halvera den här tiden åtminstone, säger professor Jaebum Choo och förklarar motivet bakom studien. Lyckligtvis var svaret inte för långt. I en tidigare studie publicerad 2021, hade Prof. Choos team utvecklat en ny detektionsplattform där högkänsliga SERS-signaler produceras av AuNPs enhetligt arrangerade i AuNDSs håligheter genom en teknik som kallas DNA-hybridisering. Baserat på denna tidigare upptäckt utvecklade Prof. Choo och hans team den nya SERS-PCR-plattformen för diagnos av covid-19.

Den nyutvecklade SERS-PCR-analysen använder SERS-signaler för att detektera "brygg-DNA" - små DNA-sonder som långsamt bryts ner i närvaro av virala målgener. Därför, i prover från patienter som är positiva för COVID-19, minskar koncentrationen av brygg-DNA (och därför SERS-signalen) kontinuerligt med progressiva PCR-cykler. När SARS-CoV-2 är frånvarande, förblir SERS-signalen oförändrad.

Teamet testade effektiviteten av deras system med två representativa målmarkörer för SARS-CoV-2, nämligen höljeproteinet (E) och RNA-beroende RNA-polymeras (RdRp) gener av SARS-CoV-2. Medan 25 cykler krävdes för RT-PCR-baserad detektion, krävde den AuNDS-baserade SERS-PCR-plattformen endast 8 cykler, vilket avsevärt minskade testtiden. "Även om våra resultat är preliminära, ger de ett viktigt proof-of-concept för giltigheten av SERS-PCR som en diagnostisk teknik. Vår AuNDS-baserade SERS-PCR-teknik är en lovande ny molekylär diagnostisk plattform som avsevärt kan förkorta tiden som krävs för gendetektion jämfört med konventionella RT-PCR-tekniker. Denna modell kan utökas ytterligare genom att inkludera en automatisk provtagare för att utveckla nästa generations molekylärt diagnostiksystem, förklarar Prof. Choo.

Faktum är att SERS-PCR kan vara ett viktigt verktyg i vår arsenal mot COVID-19-pandemin. Det skulle också kunna skapa ett paradigmskifte inom området molekylär diagnostik, vilket revolutionerar hur vi upptäcker infektionssjukdomar och tacklar framtida epidemier.