一毫升血液含有大約15滴血液。對于患有人類免疫缺陷病毒(HIV)的人來說，每一滴血中可能含有的病毒拷貝從不到20個到超過50萬個不等。這被稱為病毒載量，是用來讓臨床醫(yī)生了解患者對抗病毒藥物的反應(yīng)和監(jiān)測潛在進(jìn)展的。
耗時的病毒載量檢測需要在患者接受治療時重復(fù)多次?，F(xiàn)在，賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種既省時又經(jīng)濟的數(shù)字檢測方法，可以直接測量一滴血中HIV的存在。他們在ACS Nano上發(fā)表了這項研究。
根據(jù)通訊作者、賓夕法尼亞州立工程學(xué)院電子工程和生物醫(yī)學(xué)工程副教授管Weihua Guan的說法，數(shù)字檢測是為一系列傳染病提供臨床診斷工具的第一步。
艾滋病毒載量的常規(guī)檢測包括從樣本中提取遺傳物質(zhì)，將其放大并與參考樣本進(jìn)行比較。被稱為RT-PCR的金標(biāo)準(zhǔn)測試，可以對實際病毒載量做出接近的估計，但它不是直接測量。Guan和他的團隊在他們的測試中采用了更直接的方法，名為通過自動膜基分割(STAMP)進(jìn)行自我數(shù)字化，與RT-PCR相比，這種方法更便宜、更快，需要的血液也更少。
“它的工作原理是這樣的:我們從一個人的血液中提取一小部分樣本，從中提取病毒RNA——病毒的遺傳物質(zhì)，”Guan說。“然后我們將這種RNA與一種叫做Cas13的特殊蛋白質(zhì)混合，Cas13是CRISPR系統(tǒng)的一部分。”
Guan說，CRISPR-Cas13是一種“革命性的工具”，它使研究人員能夠瞄準(zhǔn)和操縱RNA序列。在這項研究中，研究人員利用這項技術(shù)不是為了它的編輯能力，而是為了它的診斷潛力。他們正在使用CRISPR-Cas13來檢測HIV的存在并發(fā)出信號。
一旦RNA與Cas13結(jié)合，研究人員在混合物上放置一層納米孔聚碳酸酯膜——一種很容易獲得的薄過濾器，使其成為一種具有成本效益的材料，Guan說。納米孔是如此之小，以至于它們可以將混合物分割成只含有一個RNA分子的單個液滴，這個RNA分子附著著Cas13蛋白。如果HIV在RNA分子中，Cas13蛋白——被HIV RNA激活——將切斷報告分子，產(chǎn)生研究人員可以檢測到的信號。
“通過計算顯示這種信號的液滴的數(shù)量，我們可以確定人血液中的艾滋病毒數(shù)量，”Guan說。“帶有信號的液滴越多，病毒載量就越高。”
在測試實驗室血漿和最終患者血漿樣本之前，研究人員用合成HIV RNA測試了這種方法，以優(yōu)化分析的靈敏度和準(zhǔn)確性。他們通過定量20例患者血漿樣本中的HIV病毒載量來驗證STAMP方法，其準(zhǔn)確性與傳統(tǒng)的RT-PCR方法相當(dāng)，后者通常需要更多的血液。Guan說，他們正在努力獲取更多的樣本來繼續(xù)他們的測試。
該研究小組還發(fā)現(xiàn)，這種方法可以對每毫升血液中超過2000個病毒拷貝的HIV病毒載量進(jìn)行準(zhǔn)確評估。當(dāng)每毫升病毒拷貝數(shù)少于1萬個時，就認(rèn)為病毒載量低；在20份或更少拷貝時無法檢測;大約10萬份，但也可能超過100萬份。
據(jù)Guan說，2000到10000的檢測范圍對于臨床醫(yī)生監(jiān)測患者的病毒反彈可能很重要。接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療(ART)的人可以達(dá)到無法檢測到的病毒水平，這意味著他們不能再通過性行為傳播病毒，但病毒水平上升可能表明一個人正在產(chǎn)生抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療耐藥性或其他問題。
Guan說:“雖然需要進(jìn)一步改進(jìn)以提高其檢測極限和自動化設(shè)置，但基于STAMP的數(shù)字CRISPR方法顯示出推進(jìn)HIV病毒載量監(jiān)測的巨大潛力。”他解釋說，研究人員計劃繼續(xù)提高平臺的效率和準(zhǔn)確性，以量化多種病毒，最終目標(biāo)是將該設(shè)備推向市場。
Reza Nouri, Yuqian Jiang, Anthony J. Politza, Tianyi Liu, Wallace H. Greene, Yusheng Zhu, Jonathan J. Nunez, Xiaojun Lian, Weihua Guan. STAMP-Based Digital CRISPR-Cas13a for Amplification-Free Quantification of HIV-1 Plasma Viral Loads. ACS Nano, 2023; 17 (11): 10701
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/）
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