为了实现世界卫生组织(世卫组织)的全球疟疾控制规划确定的根除疟疾的目标,在确定的地理区域消除疟疾寄生虫的所有地方传播至关重要。这条道路上的一个重要基石是发展迅速、敏感和特定品种的诊断能力,这在许多疟疾流行地区的低资源环境中非常有用。
目前,由恶性疟原虫、间日疟原虫、卵形疟原虫和疟疾四种主要疟原虫的存在是通过血样的显微镜分析来确定的,这些血样可以在红细胞中检测到疟原虫,或者通过所谓的针对特定疟原虫蛋白(抗原)的快速诊断测试来确定的。
“不幸的是,现有的快速诊断方法不能区分所有的四种疟原虫,这对于开始最终的治疗过程是很重要的,而且,最重要的是,它们对于检测无症状个体中疟原虫的低数量是无效的,”医学博士Nira Pollock说。波士顿儿童医院传染病诊断实验室副医学主任,哈佛医学院病理学和医学副教授。哈佛医学院儿科副教授、波士顿儿童医院传染病高级副医师、医学博士Jeffrey Dvorin补充说:“这些‘无症状携带者’是传播疟疾的蚊子无声的宿主,对全球根除疟疾的持续努力至关重要。”
现在,一个多学科的科研合作,由Wyss核心教员詹姆斯·柯林斯博士在哈佛大学生物工程研究所和麻省理工学院(MIT),并由临床研究员玫瑰李,医学博士,MSPH,也包括鳕鱼和Dvorin,创建了一个field-applicable,超灵敏的诊断分析,具体检测DNA序列有症状和无症状的疟疾的疟原虫物种。新的疟疾诊断方法结合了优化的10分钟快速样品制备方案和基于crispr的SHERLOCK系统,使高特异性和敏感性的疟原虫检测在一个简单的报告装置60分钟。它发表在PNAS上。
“这一现场准备好的SHERLOCK诊断疟疾分析超过了世界卫生组织对所需测试的敏感性和特异性要求,该测试可用于检测所有主要疟原虫物种的低寄生虫密度的无症状携带者,”Wyss的核心教师James Collins博士说。“它高度精简的设计可以为目前消除疟疾的诊断瓶颈提供可行的解决方案,杏耀代理开户并在资源匮乏的情况下更广泛地开展疟疾监测。”柯林斯是该研究所手机生活设备研究领域的领导,也是麻省理工学院医学工程与科学的泰尔米尔教授。
研究小组展示了他们的“SHERLOCK”(特异性高敏感性酶报告基因解锁法的缩写)试验能够检测出每微升血液中少于两种寄生虫,世界卫生组织建议的“检测极限”(LOD)在疟疾流行地区广泛使用。通过分析含有恶性疟原虫和间日疟原虫种类的临床样本,他们能够以100%的灵敏度、100%的特异性识别出真正的阳性样本,并在真正的阴性样本中正确识别出缺少某种疟原虫种类的样本,从而显示出该方法的临床潜力。接近100%的敏感性和特异性是用于真实世界测试的诊断分析的关键属性。此外,该分析还可以确定频繁突变的恶性疟原虫菌株的存在,这些菌株失去了HRP2抗原,从而逃脱了普通快速诊断测试的检测。
柯林斯在维斯研究所和麻省理工学院的团队与张锋在布罗德研究所的团队共同开发了《神探夏洛克》技术。它被授权给了初创公司Sherlock Biosciences,
杏耀平台总代的感触 ,后者利用它为其他疾病的应用开发了一种快速分子诊断。最近,该公司的COVID-19快速诊断获得了美国食品药品监督管理局(FDA)的紧急使用授权。
其他的方法已经被开发出来,比如新的夏洛克实验,扩增和检测疟原虫的DNA(或RNA)核酸材料。然而,到目前为止,这些方法仍然受到他们需要昂贵的实验设备,如聚合酶链反应(PCR)的方法,复杂的样品制备技术,和训练有素的人员,或者是在简单的情况下“等温扩增方法执行在一个温度下,他们没有显示所需的敏感性。
福尔摩斯疟疾试验利用了CRISPR-Cas12a酶,这种酶可以通过所谓的引导RNA激活,引导RNA与特定的目标核酸靶序列结合,在这种情况下,靶序列来自四种疟原虫中的一种。活化的Cas12a然后非特异性地裂解其附近的任何单链DNA链,其极高的翻转率约为每秒1250次侧切反应。研究人员在他们的实验中利用了这种放大活性,将其与优化的样品制备结合起来,不像其他核酸扩增测试(NAATs)那样需要特定的核酸提取步骤,也不需要在前端对疟原虫的特定DNA和RNA序列进行等温扩增。引导rna识别扩增的疟原虫序列中的物种特异性基序,然后释放Cas12a活性,它间接攻击单链DNA报告序列,这些报告序列的裂解产物有助于信号病原体特异性核酸的存在。在检测的后端,信号被设计成在手持设备中引起荧光变化,或在临床点护理设备中常用的横向流动条带上引起特定条带。
“重要的是,试验与不同的样本类型兼容,如全血、血浆、血清、干涸的血迹,放大所需的所有组件,Cas12a活化和信号生成可以在单一冻干试管一起工作在一个one-pot-reaction重组后与病人和混合样本,”第一作者罗斯Lee说,他是柯林斯集团和波士顿儿童医院的临床研究员,对传染病诊断有浓厚的兴趣,杏耀注册并与柯林斯一起组建了多学科团队。“这避免了必须依赖于功能冷链,并允许在低资源的环境下进行测试,只有最少的专业知识。”
协作的分子分析疟疾诊断分Wyss研究所的功能在合成生物学领域,当搭配传染病生物学和流行病学方面的专业知识,可以改变真正的使人衰弱的疾病,全球人口众多,瘫痪”Wyss研究所的创始董事因格贝尔说,医学博士,博士,他也是哈佛医学院和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授,也是哈佛大学John A. Paulson工程和应用科学学院的生物工程教授。