Hurtig og billig Covid-19 testmetode med potentiale

Biologiske enzymer spiller en væsentlig rolle i Covid-19 testmetoden, som WHO anbefaler i dag. Høje omkostninger, stringente transport og opbevaringsbetingelser samt globale leveringsproblemer for enzymer begrænser omfattende testning. Dette betyder, at mange lande er nødt til at prioritere testning af særligt sårbare, hvilket forsinker diagnosticering og identifikation af positive tilfælde. Og endvidere gør det vanskeligt at holde pandemien nede, for slet ikke at tale om at udrydde den.

qRT-PCR (Quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction) er i dag den foretrukne metode til at detektere hele genomer og har spillet en vigtig rolle i forhold til at kontrollere Covid-19 pandemien. Metoden har dog visse ulemper. Det tager flere timer fra prøvetagning til færdigt resultatet. Og metoden kræver, at man kan hæve og sænke temperaturen i små trin ved hjælp af et komplekst stykke udstyr kaldet en thermocycler.

Simplere og billigere

Alene i EU oplevede man under Covid-19 pandemien et fald i BNP på 3,8% i det første kvartal af 2020 (Eurostat 2020). Således vil udviklingen af en prisvenlig metode til at detektere patogener - bakterier eller virus - være en stor fordel i kampen mod fremtidige pandemier for både patienter og sundhedsvæsenet.

Ikke-enzymbaserede isotermiske amplifikationsmetoder, som både er mindre komplicerede og hurtigere, har vist lovende potentiale i forhold til at kunne erstatte qRT-PCR testen. Men på trods af, at denne form for metode præsterer godt når man ser på korte gener, så er de desværre ikke effektive i forhold til at detektere hele genomer (lange DNA/RNA sekvenser).

Lektor Yi Sun og postdoc Mohsen Mohammadniaei fra DTU Sundhedsteknologi har opfundet en one-pot analyse, der er simplere og kræver færre ressourcer. Analysemetoden, som de har navngivet NISDA (Non-enzymatic isothermal strand displacement and amplification assay), kan detektere SARS-CoV-2 i færre trin i forhold til den kendte qRT-PCR metode. NISDA består af ét enkelt trin. Brugeren skal blot placere prøven i et rør, sætte røret ind i instrumentet og vente i 30 minutter for at få resultatet.

Analysen finder sted ved en konstant temperatur, der er ikke brug for enzymer, og den er baseret på TMSD tilgangen. TMSD, som står for toehold-mediated strand displacement, er et enzymfrit molekylært værktøj, hvor en enkelt DNA eller RNA streng (output) fortrænges af en anden streng (input), hvorefter der formes en mere stabil dobbeltstrenget struktur.

Høj nøjagtighed og følsomhed

NISDA analysen kan detektere en meget lav mængde af RNA (10 kopier/ µL) på blot 30 minutter. I samarbejde med Hvidovre Hospital og Bispebjerg Hospital validerede forskningsteamet NISDA analysen klinisk – her viste den 100% specificitet samt 96,77% og 100% følsomhed når den henholdsvis blev sat op i laboratoriet og på hospitalet.

Lektor Yi Sun uddyber, “Vi udnyttede TMSD tilgangen og designede tre DNA prober. En probe er en hårnålsformet struktur, der dannes naturligt. En af disse prober bytter hele genomet ud med en kort DNA streng. Således at hårnålsstrukturen åbnes op. De to andre prober kan derefter anvende den udbyttede korte DNA til at udløse en reaktion, der giver et stærkere optisk signal. Det smukke ved NISDA analysen er dens simpelhed. Vi fjernede brugen af enzymer for at reducere analysens omkostninger og forstærke dens robusthed ved stuetemperatur.”

Den indsamlede RNA fra en halsskrabsprøve tilføjes reaktionsblandingen og inkuberes ved 42 grader celcius i 30 minutter i analyseproceduren. Det næste skridt er en fluorescensmåling, hvor prøver med signifikant højere fluorescens signal sammenlignet med de negative kontrolprøver er positive. Se illustrationen nedenfor.

På vej mod et diagnoseværktøj til mange forskellige sygdomme

“At være direkte involveret i at forbedre folks sundhed er den ultimative drøm for en biomedicinsk forsker. Vi tror på, at NISDA analysen giver os en fantastisk chance for at opnå det mål”, siger postdoc Mohsen Mohammadniaei.

“Det næste skridt er at designe NISDA analysen til at detektere forskellige vira og bakterier og udvikle et point-of-care diagnostisk værktøj til mange forskellige sygdomme. Et andet fordel ved NISDA analysen er, at den kan designes til at anvendes på korte RNA sekvenser som for eksempel mikroRNA biomarkører for kræft. I øjeblikket er vi i gang med at undersøge forskellige planer for kommercialisering af NISDA analysen. Vi er overbeviste om, at kendskabet til NISDA analysen vil nå vidt ud inden længe,” afslutter lektor Yi Sun.

Læs den videnskabelige artikel i tidsskriftet Nature Communications her: https://www.nature.com/articles/s41467-021-25387-9

Figur: NISDA analysen består af et enkelt rør, der indeholder tre DNA prober. Efter tilføjelsen af RNA fra en prøve (halsskrab), og inkubering ved 42 grader celsius i 30 minutter, giver de positive prøver et højere fluorescens signal end de negative prøver.