Thiết bị mới có thể chẩn đoán Covid-19 từ mẫu nước bọt

Với việc biến thể Delta tàn phá các quần thể chưa được tiêm chủng, và số ca nhiễm Covid-19 tăng đột biến trên khắp thế giới, đại dịch này còn lâu mới kết thúc. Bất chấp sự phát triển nhanh chóng ấn tượng của các xét nghiệm chẩn đoán SARS-CoV-2 trong hơn một năm rưỡi qua, phần lớn các mẫu bệnh phẩm vẫn phải được gửi đến phòng thí nghiệm, tổ chức chuyên môn cao cấp để xử lý, điều này làm chậm tốc độ theo dõi trường hợp Covid-19, làm tốn rất nhiều thời gian và nguồn lực hơn.

Giờ đây, các kỹ sư tại MIT và Đại học Harvard đã thiết kế một thiết bị nhỏ tên là Minimally Instrumented SHERLOCK (miSHERLOCK) đặt trên mặt bàn có thể phát hiện SARS-CoV-2 từ mẫu nước bọt trong khoảng một giờ. Trong một nghiên cứu mới, họ đã chỉ ra rằng, việc chẩn đoán từ thiết bị này cũng chính xác như các xét nghiệm PCR hiện đang được sử dụng trên toàn cầu.

Thiết bị này cũng có thể được sử dụng để phát hiện các đột biến virus cụ thể có liên quan đến một số biến thể SARS-CoV-2 hiện đang lưu hành. Kết quả này cũng có thể thu được trong vòng một giờ, có khả năng giúp việc theo dõi các biến thể khác nhau của vi rút dễ dàng hơn nhiều, đặc biệt là những tổ chức nghiên cứu, y tế không có quyền truy cập vào các cơ sở giải trình tự gen vi rút.

James Collins, Giáo sư Khoa học và Kỹ thuật Y tế Termeer tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Y tế (IMES) của MIT cho biết: "Chúng tôi đã chứng minh rằng, nền tảng của chúng tôi có thể được lập trình để phát hiện các biến thể mới xuất hiện. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã nhắm mục tiêu đến các biến thể Covid-19 ở Vương quốc Anh, Nam Phi và Brazil, nhưng bạn có thể dễ dàng điều chỉnh nền tảng thiết bị chẩn đoán để giải quyết biến thể Delta và các biến thể khác đang nổi lên trong thời gian gần đây".

Các nhà nghiên cứu cho biết, phương pháp chẩn đoán mới dựa trên SHERLOCK, một công cụ dựa trên CRISPR mà Collins và những người khác đã báo cáo lần đầu tiên vào năm 2017. Các thành phần của thiết bị này bao gồm một chuỗi thử RNA cho phép phát hiện các trình tự RNA mục tiêu cụ thể và các enzym Cas phân cắt các trình tự đó, và tạo ra tín hiệu huỳnh quang. Tất cả các thành phần phân tử này có thể được đông khô để bảo quản lâu dài và được kích hoạt lại khi tiếp xúc với nước.

Năm ngoái, phòng thí nghiệm của Collins đã bắt đầu làm việc để điều chỉnh công nghệ này để phát hiện virus SARS-CoV-2, với hy vọng rằng họ có thể thiết kế một thiết bị chẩn đoán có thể mang lại kết quả nhanh chóng và được vận hành với ít hoặc không cần chuyên môn cao. Họ cũng muốn nó hoạt động với các mẫu nước bọt, giúp người dùng dễ dàng hơn trong quá trình lấy mẫu, cũng như xét nghiệm.

Để đạt được điều đó, các nhà nghiên cứu đã phải kết hợp một bước tiền xử lý quan trọng nhằm vô hiệu hóa các enzym gọi là nuclease nước bọt, chúng phá hủy các axit nucleic như RNA. Khi mẫu nước bọt đi vào thiết bị, các nucleaza sẽ bị bất hoạt bởi nhiệt và hai thuốc thử hóa học. Sau đó, RNA của virus được chiết xuất và cô đặc bằng cách cho nước bọt đi qua một lớp màng.

"Màng đó là chìa khóa để thu thập các axit nucleic và tập trung chúng để chúng tôi có thể xác minh được độ nhạy," Lee nói.

Mẫu RNA này sau đó được tiếp xúc với các thành phần CRISPR / Cas đông khô, được kích hoạt bằng cách tự động chọc thủng các gói phân tử nước được niêm phong trong thiết bị cho ra phản ứng khuếch đại mẫu RNA và sau đó phát hiện trình tự RNA virus mục tiêu.

James Collins nói: "Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một phương pháp chẩn đoán hoàn toàn khép kín mà không cần thiết bị nào khác. Về cơ bản, bệnh nhân sẽ nhổ vào thiết bị này, sau đó bạn ấn một pít-tông xuống và một giờ sau bạn sẽ nhận được câu trả lời về kết quả có bị nhiễm hay không".

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế thiết bị mà họ gọi là Minimally Instrumented SHERLOCK (miSHERLOCK). Nó có thể có tối đa bốn mô-đun mà mỗi mô-đun tìm kiếm một trình tự RNA mục tiêu khác nhau. Mô-đun ban đầu chứa các sợi thăm dò RNA phát hiện bất kỳ chủng SARS-CoV-2 nào. Các mô-đun khác dành riêng cho các đột biến liên quan đến một số biến thể đã phát sinh trong năm qua, bao gồm B.1.1.7, P.1 và B.1.351.

Biến thể Delta vẫn chưa phổ biến khi các nhà nghiên cứu thực hiện nghiên cứu này, nhưng vì hệ thống đã được xây dựng sẵn, họ nói rằng cần thiết kế một mô-đun mới để phát hiện biến thể đó. Hệ thống cũng có thể được lập trình dễ dàng để theo dõi các đột biến mới trong thời gian tới.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thiết bị chẩn đoán của họ bằng cách sử dụng các mẫu nước bọt lâm sàng từ 27 bệnh nhân Covid-19 và 21 bệnh nhân khỏe mạnh, và nhận thấy rằng miSHERLOCK đã xác định chính xác bệnh nhân dương tính với Covid-19 tới 96%, và bệnh nhân không mắc bệnh tới 95%.