Vědci z University of Minnesota navrhli přenosné, levné ruční zařízení k detekci SARS-CoV-2 – viru, který způsobuje COVID-19 – v krvi a respiračním materiálu a přináší výsledky již za 10 minut.
Prostřednictvím rozhraní pro chytré telefony může technologická platforma – nazývaná MagiCoil – také odesílat výsledky testů zdravotníkům, nemocnicím a vládním agenturám, což umožňuje včasnější rozhodování o péči o jednotlivce a poskytuje aktuální epidemiologická data. To usnadní sledování výskytu a šíření viru, což zase zvýší rychlost a účinnost úsilí o kontrolu viru a zároveň sníží jejich náklady.
Výzkumný tým vedou dva profesoři. Jian-Ping Wang, PhD, předseda Roberta F. Hartmanna a významný profesor elektrotechniky a počítačového inženýrství na College of Science and Engineering na McKnight University, pracoval na technologické platformě MagiCoil již 10 let. Maxim Cheeran, PhD, docent veterinární populační medicíny na College of Veterinary Medicine, se zaměřuje na imunologii virových infekcí a poranění mozku.
MagiCoil je založen na technologii magnetické částicové spektroskopie neboli MPS.
“Pracovali jsme s profesorem Wangem a jeho týmem a [s touto technologií] jsme již dříve prokázali její schopnost detekovat viry, jako je virus chřipky H1N1,” řekl Cheeran.
MagiCoil začíná trubicí obsahující drobné magnetické nanočástice oxidu železa suspendované v tekutině. Nanočástice byly potaženy molekulami například protilátek, které rozpoznávají a ulpívají na kouscích proteinu jedinečného pro virus SARS-CoV-2.
Test zahrnuje přidání vzorku krve nebo respiračního materiálu spolu s chemikáliemi, které rozbijí jakékoli virové částice. Tato léčba uvolňuje virové proteiny a genetický materiál (RNA) a zpřístupňuje tyto virové „cíle“ protilátkám. Zařízení pak aplikuje magnetické pole na trubici.
Jedna část každého přítomného virového proteinu se přilepí na konkrétní protilátku na povrchu nanočástice, zatímco další část bude volně viset. Visící část se může přilepit k jiné protilátce na jiné nanočástici, čímž se protein změní na můstek držící dvě nanočástice pohromadě. Jak se tento proces opakuje, vytvoří se shluky nanočástic a magnetické signály přicházející z trubice zeslábnou, což ukazuje na pozitivní výsledek testu.
Podobně mohou výzkumníci vytvořit proužky RNA navržené tak, aby se přilepily na různé části molekuly virové RNA. Jejich zahrnutí spolu s protilátkami do povlaku nanočástic zlepší šance na detekci viru.
„Jakmile budou naše prototypy první generace úspěšně předvedeny, můžeme požádat společnost, která zařízení vyrábí v hromadné výrobě,“ řekl Wang. “Myslím, že existuje způsob, jak vyrobit dostatečně velký počet systémů MPS, aby naplnily významnou část poptávky.”
Tým nyní optimalizuje design zařízení a poté přejde na tři až pět měsíců klinických studií, aby jej otestoval. Po dokončení budou výzkumníci spolupracovat se společnostmi z Minnesoty na hromadné výrobě zařízení MPS s předpokládanou cenou asi 100 USD za jednotku. První zařízení budou vyžadovat, aby odborníci připravili vzorky krve nebo dýchacích cest k testování, ale mohla by následovat plně automatická zařízení.
Projekt MagiCoil je multidisciplinárním úsilím, které čerpá z práce postdoktorských výzkumných pracovníků – zejména Kai Wu a Venkanta Krishna – stejně jako postgraduálních a vysokoškolských výzkumných pracovníků v oblasti informatiky, strojního inženýrství, chemického inženýrství a materiálové vědy a elektrotechniky, všichni společně pracují na vybudování platformy. Projekt podpořila UMN Twin Cities‘ Medical School and Institute for Engineering in Medicine.
Více o přístupu se dozvíte na webových stránkách projektu.
Tento příběh je založen na článku původně publikováno od College of Science & Engineering.
