Die Lucas -Technologie revolutioniert die schnelle virale Diagnostik

Mass General Brigham-Forscher belassen ein starkes neues Licht in die virale Dunkelheit mit der Entwicklung des Lumineszenz-Kaskaden-Basis-Sensors (LUCAS), einem schnellen, tragbaren, hochempfindlichen diagnostischen Instrument zur Verarbeitung komplexer biologischer Proben. Im Vergleich zu seinen diagnostischen Vorgängern erzeugt Lucas 500-fache stärkere und 8-fach länger anhaltende Biolumineszenzsignale, was langjährige Herausforderungen für die Diagnostik des Point-of-Care-Diagnostiks überwinden. Ihre Studie wurde heute veröffentlicht in Nature Biomedical Engineering.

Die Entwicklung einer wirksamen Diagnostik ist unglaublich schwierig, insbesondere wenn Sie über die Größe von Infektionskrankheiten und die komplizierten biologischen Flüssigkeiten nachdenken, die wir identifizieren, um sie zu identifizieren. Das Finden eines HIV-Partikels in einer menschlichen Blutprobe ist wie das Auffinden eines Eiswürfels in einem mit Gelee gefüllten olympischen Schwimmbad, während sie den Augenblind faltet. Mit seinem neuartigen Enzym -Cascade -Ansatz markiert Lucas einen wesentlichen Sprung nach vorne, um Viren in diesen komplexen biologischen Proben zu erfassen. „

Hadi Shafiee, PhD, leitender Autorin, Fakultätsmitglied, Abteilung für Ingenieurwesen in Medizin und Nierenabteilung für Medizin im Brigham and Women’s Hospital

Die Diagnostik der Pflege ist in vielen Haushalten zu wesentliche Werkzeuge geworden, da Menschen ihren Blutzucker messen, Schwangerschaftstests durchführen und sogar ihre eigenen Covid-19-Assays durchführen. Diese Diagnostik, die es Menschen ermöglichen, auf mühsame, teure Labortests zu verzichten, sind wichtig für die Erkennung, Behandlung und Überwachung von Krankheiten. Die aktuelle Diagnostik kann jedoch zu kurz kommen, mit Fehlern wie Ungenauigkeit und schlechter Empfindlichkeit. Biolumineszenz hat das Potenzial, gemeinsame Mängel zu lindern, die durch andere Methoden wie Hintergrundgeräusche, falsch positive Positives, Photobleaching und Phototoxizität erlebt werden.

Biolumineszenz verwendet das gleiche natürliche Enzym, das Glühen leuchten lässt, um biologische Proben für die Bildgebung zu beleuchten. Das Enzym Luciferase wird zu einer Probe hinzugefügt, um Viruspartikel zu finden und zu finden. Dann werden Luciferin -Moleküle in diese Probe eingeführt, was zu einer Luciferase -Reaktion führt, die einen Lichtausbruch erzeugt. Diese Reaktion erzeugt jedoch ein Lichtsignal, das sowohl schwach als auch kurzlebig ist.

Shafiee und Team entwickelten ein einzigartiges Enzymsignalkaskade, um die Biolumineszenzsignale zu stärken und zu verlängern. Sie führen der Gleichung, die als Beta-Galactosidase bezeichnet wird, ein anderes Enzym ein, das sich an Luciferin hält und sie kontinuierlich freigibt, anstatt Luciferin zuzulassen, frei in der Probe zu schweben, um ein und abgenages Reaktionen zu erhalten. Dieser zusätzliche Schritt bedeutet mehr Luciferin, mehr Luciferase -Reaktionen und mehr Biolumineszenz. Tatsächlich ermöglichte dieser Schritt Lucas 515-mal biolumineszierender als Nicht-Lucas-Systeme, und Lucas-Signale hatten nach einer Stunde eine Stärke von 96%.

Um die Wirksamkeit von Lucas zu bewerten, verwendete das Team 177 Virus-Patienten-Patientenproben und 130 Serumproben, die entweder mit SARS-CoV-2, HIV, HBV oder HCV infiziert waren. SARS-COV-2-Patientenproben wurden über Nasopharyngealabstriche gesammelt, während HIV-, HBV- und HCV-Proben über Blutabzug gesammelt wurden. Lucas lieferte innerhalb von 23 Minuten diagnostische Antworten und mit einer durchschnittlichen Genauigkeit über alle Krankheitserreger von über 94%.

Die Forscher konzipieren, dass Lucas sowohl tragbar als auch einfach zu bedienen war, damit sie eine Option für Point-of-Care-Umgebungen mit hohem und niedrigem Ressourcen sein können. Als nächster Schritt wird das Team die Wirksamkeit von Lucas in anderen biologischen Flüssigkeiten testen und ob die Methode mehr als einen Erreger gleichzeitig identifizieren kann. Shafiee merkt auch an, dass die Identifizierung von Biomarkern für viele Krankheiten, einschließlich Alzheimer, ein sich schnell entwickelnder Raumfahrt ist und ein Tool wie Lucas bereit ist, wenn sich neue Biomarker in den kommenden Jahren als wirkungsvoll erweisen können.

„Wir möchten immer so früh wie möglich Infektionen und Krankheiten erkennen, da dies den Unterschied in Bezug auf die Pflege und die langfristigen Ergebnisse ausmachen kann“, sagte der erste Autor Sungwan Kim, PhD, ein Postdoktorandforscher in Shafiees Labor im Brigham. „Mit dem Fokus auf die Entwicklung von diagnostischen Tools, die sensibel, genau und zugänglich sind, möchten wir frühzeitig die Erkennung erleichtern als je zuvor und die personalisierte Pflege in eine neue Ära einteilen.“

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