ההתפשטות המהירה של COVID-19, מחלה הנגרמת על ידי נגיף SARS-CoV-2, יצרה משבר בריאות הציבור ברחבי העולם. גילוי ובידוד מוקדם של COVID-19 הם המפתח לשליטה בהעברת מחלות והגנה על אוכלוסיות פגיעות. הסטנדרט הנוכחי לאבחון COVID-19 הוא תגובת שרשרת טרנסקריפטאז-פולימראז הפוכה (RT-PCR), טכניקה שבה מגלים גנים ויראליים לאחר שהם עוברים מחזורי הגברה מרובים. עם זאת, טכניקה זו גוזלת זמן, יוצרת צבר בדיקות בין מרכזי אבחון ומובילה לאבחונים מאוחרים.
במחקר שפורסם לאחרונה ב-Biosensors and Bioelectronics, חוקרים מקוריאה וסין הציגו פלטפורמה חדשה מבוססת ננוטכנולוגיה שיכולה לקצר את הזמן הנדרש לאבחון COVID-19. פלטפורמת הזיהוי של פיזור ראמאן (SERS)-PCR המשופרת על פני השטח שלהם - שהוכנה באמצעות ננו-חלקיקי זהב (AuNPs) בחללים של מצעי Au 'nanodimple' (AuNDSs) - יכולה לזהות גנים ויראליים לאחר 8 מחזורי הגברה בלבד. זה כמעט שליש מהמספר הנדרש עם RT-PCR רגיל.
"RT-PCR קונבנציונלי מבוסס על זיהוי אותות פלואורסצנטי, כך שדרושות 3-4 שעות לזיהוי SARS-CoV-2. מהירות זו אינה מספיקה בהתחשב באיזו מהירות התפשטות COVID-19. רצינו למצוא דרך לקצץ את הזמן הזה לפחות בחצי", אומר פרופ' ג'יבום צ'ו, ומסביר את המניע מאחורי המחקר. למרבה המזל, התשובה לא הייתה רחוקה מדי. במחקר קודם שפורסם ב-2021, הצוות של פרופ' צ'ו פיתח פלטפורמת זיהוי חדשה שבה אותות SERS ברגישות גבוהה מופקים על ידי AuNPs המסודרים באופן אחיד בחללים של AuNDS באמצעות טכניקה הנקראת הכלאה של DNA. בהתבסס על התגלית הקודמת הזו, פרופ' צ'ו וצוותו פיתחו את הפלטפורמה החדשה SERS-PCR לאבחון COVID-19.
מבחן SERS-PCR החדש שפותח משתמש באותות SERS כדי לזהות "DNA גשר" - בדיקות DNA קטנות שמתפרקות לאט בנוכחות גנים ויראליים מטרה. לכן, בדגימות מחולים חיוביים ל-COVID-19, ריכוז ה-DNA של הגשר (ולכן האות SERS) יורד ברציפות עם מחזורי PCR מתקדמים. לעומת זאת, כאשר SARS-CoV-2 נעדר, אות ה-SERS נשאר ללא שינוי.
הצוות בדק את יעילות המערכת שלהם באמצעות שני סמני יעד מייצגים של SARS-CoV-2, כלומר חלבון המעטפת (E) וגנים תלויי RNA פולימראז (RdRp) של SARS-CoV-2. בעוד ש-25 מחזורים נדרשו לזיהוי מבוסס RT-PCR, פלטפורמת SERS-PCR המבוססת על AuNDS דרשה רק 8 מחזורים, מה שהפחית משמעותית את משך הבדיקה. "למרות שהתוצאות שלנו הן ראשוניות, הן מספקות הוכחה חשובה לתקפות SERS-PCR כטכניקת אבחון. טכניקת SERS-PCR המבוססת על AuNDS שלנו היא פלטפורמת אבחון מולקולרית חדשה ומבטיחה שיכולה לקצר במידה ניכרת את הזמן הנדרש לזיהוי גנים בהשוואה לטכניקות RT-PCR קונבנציונליות. ניתן להרחיב את המודל הזה עוד יותר על ידי שילוב דגימה אוטומטית לפיתוח מערכת אבחון מולקולרית מהדור הבא", מסביר פרופ' צ'ו.
אכן, SERS-PCR יכול להיות כלי חשוב בארסנל שלנו נגד מגיפת COVID-19. זה יכול גם ליצור שינוי פרדיגמה בתחום האבחון המולקולרי, לחולל מהפכה באופן שבו אנו מזהים מחלות זיהומיות ומתמודדים עם מגיפות עתידיות.
מה לקחת מהמאמר הזה:
- In a recent study published in Biosensors and Bioelectronics, researchers from Korea and China have introduced a novel nanotechnology-based platform that can shorten the time required for COVID-19 diagnosis.
- Choo’s team had developed a novel detection platform in which high-sensitivity SERS signals are produced by AuNPs uniformly arranged in the cavities of AuNDSs through a technique called DNA hybridization.
- The current standard for COVID-19 diagnosis is reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR), a technique in which viral genes are detected after they undergo multiples cycles of amplification.
