Разработан низкозатратный метод диагностики с использованием наноструктур

Обнаружение нуклеиновых кислот возбудителей имеет широкое применение в диагностике и лечении инфекций. Тестирование на вирус папилломы человека (ВПЧ), основанное на нуклеиновых кислотах, имеет большое значение для современной диагностики рака шейки матки. ВПЧ, наиболее распространенная инфекция, передающаяся половым путем, является основной причиной рака шейки матки.

Разработана платформа для экспресс-обнаружения патогенов, в которой используется микроструйная техника, содержащая интегральные схемы ДНК-наноструктур. Показано, что система, получившая название фермент-ассистированные нанокомплексы для визуальной идентификации нуклеиновых кислот, или enVision, способна к молекулярному типированию при комнатной температуре ВПЧ из образцов шейки матки, а также к обнаружению определенных инфекций, которые не могут быть выявлены большинством стандартных методов.

Ученые из Национального университета Сингапура (National University of Singapore; Сингапур) разработали ДНК-ферментные наноструктуры, которые представляют собой комплексы из инактивирующих аптамеров, связанных с ДНК-полимеразой Taq. Когда комплементарная ДНК-мишень связывается с аптамером, полимераза высвобождается. Затем высвобожденные полимеразы используют биотинилированные дезоксирибонуклеотидтрифосфаты (дНТФ), циркулирующие в микроструйной кассете, для удлинения соседней сигнальной наноструктуры, созданной из самовсасывающей шпилечной молекулы.

Биотинилированные дНТФ в сигнальной структуре будут также связывать молекулы стрептавидин-пероксидазы хрена (СПХ) в реакционной камере, а в присутствии диаминобензидинпероксидазы СПХ продуцирует коричневый осадок, который можно увидеть невооруженным глазом или определить количество с помощью смартфона. Система также является модульной. Реакции обнаружения происходят в независимой микроструйной аналитической кассете, в которую предварительно загружены наноструктуры. Для проведения анализа тестовая кассета устанавливается в отдельный модуль картриджа, который является одинаковым для всех тестов и содержит мембраны со встроенными универсальными сигнальными наноструктурами.

Тест enVision также проводился на основе набора из 35 клинических эндоцервикальных образцов в исследовании и сравнивался с золотым стандартом - анализом на ВПЧ Roche Cobas, основанным на количественной полимеразной цепной реакции (кПЦР). Авторы создали enVision для обнаружения локусов ВПЧ типов 16 и 18 L1 в геноме пациента, которые являются объектами теста Roche. EnVision достигла 93%-ной чувствительности и 91%-ной специфичности для ВПЧ-16, а для ВПЧ-18 анализ показал 83%-ную чувствительность и 100%-ную специфичность по сравнению с анализом Cobas. Примечательно, что этот уровень чувствительности и специфичности для клинических образцов был замечен в анализе без предварительной амплификации и оборудования, проводимом при комнатной температуре.

По сравнению с кПЦР, enVision показала лучшую чувствительность и меньшее количество ложноположительных результатов на наборе синтетических мишеней, представляющих различные подтипы ВПЧ. Команда подчеркнула, что кПЦР может быть склонна к ложным срабатываниям из-за неспецифической амплификации и формирования праймерных димеров, которые в клинических условиях могут приводить к неверным диагнозам, неправильному или отложенному лечению, а также тревоге пациентов и их негативным медицинским исходам. Команда также сравнила enVision с тестом на основе изотермической амплификации с формированием петель (loop-mediated isothermal amplification - LAMP) и заметила, что LAMP склонна к образованию праймеров-димеров и ложноположительных результатов. Исследование было опубликовано онлайн 13 августа 2018 года в журнале Nature Communications.

Ссылки по теме:
Национальный университет Сингапура