Virusachtige sondes kunnen ertoe bijdragen dat snelle COVID-19-tests nauwkeuriger en betrouwbaarder worden

Nano-ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben nieuwe en verbeterde sondes ontwikkeld, ook wel positieve controles genoemd, die het gemakkelijker zouden kunnen maken om snelle diagnostische tests op het punt van zorg voor COVID-19 over de hele wereld te valideren.

De positieve controles, gemaakt van virusachtige deeltjes, zijn stabiel en gemakkelijk te vervaardigen. Onderzoekers zeggen dat de controles het potentieel hebben om de nauwkeurigheid van nieuwe COVID-19-tests te verbeteren, die eenvoudiger, sneller en goedkoper zijn, waardoor het mogelijk wordt om tests buiten het laboratorium uit te breiden.

“Ons doel is om impact te hebben, niet noodzakelijkerwijs in het ziekenhuis, waar u over ultramoderne faciliteiten beschikt, maar in gebieden met weinig middelen en onderbedienden die misschien niet over de geavanceerde infrastructuur of opgeleid personeel beschikken”, aldus Nicole Steinmetz, een professor in nanoengineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Positieve controles zijn een hoofdbestanddeel in het laboratorium – ze worden gebruikt om te verifiëren dat een test of experiment inderdaad werkt. De positieve controles die voornamelijk worden gebruikt om de huidige COVID-19-tests te valideren, zijn naakte synthetische RNA’s, plasmiden of RNA-monsters van geïnfecteerde patiënten. Maar het probleem is RNA en plasmiden zijn niet stabiel zoals virale deeltjes. Ze kunnen gemakkelijk worden afgebroken en moeten worden gekoeld, waardoor ze lastig en duur zijn om over de hele wereld te verzenden of voor langere tijd op te slaan.

In een paper gepubliceerd op 25 november in ACS Nano, UC San Diego-onderzoekers onder leiding van Steinmetz melden dat door RNA-segmenten van het SARS-CoV-2-virus in virusachtige deeltjes te verpakken, ze positieve controles kunnen creëren voor COVID-19-tests die stabiel zijn – ze kunnen een week worden bewaard bij temperaturen tot 40 graden C (104 graden F), en behouden 70% van hun activiteit, zelfs na een maand opslag – en kunnen worden gedetecteerd als het nieuwe coronavirus zonder besmettelijk te zijn.

Het team ontwikkelde twee verschillende controles: de ene gemaakt van nanodeeltjes van plantenvirus en de andere van bacteriofaag-nanodeeltjes. Het gebruik ervan is eenvoudig. De controles worden uitgevoerd en geanalyseerd naast een monster van een patiënt, wat een betrouwbare maatstaf vormt voor hoe een positief testresultaat eruit zou moeten zien.

Om de op plantenvirus gebaseerde controles te maken, gebruiken de onderzoekers het cowpea chlorotic mottle-virus, dat erwtenplanten met zwarte ogen infecteert. Ze openen in wezen het virus, verwijderen de RNA-inhoud ervan, vervangen ze door een gesynthetiseerde RNA-sjabloon met specifieke sequenties van het SARS-CoV-2-virus, en sluiten alles weer terug.

Het proces om de op bacteriofaag gebaseerde controles te maken, begint met plasmiden, dit zijn ringen van DNA. In deze plasmiden zijn de gensequenties van belang van het SARS-CoV-2-virus ingevoegd, evenals genen die coderen voor oppervlakte-eiwitten van de bacteriofaag Qbeta. Deze plasmiden worden vervolgens opgenomen door bacteriën. Dit proces herprogrammeert de bacteriën om virusachtige deeltjes te produceren met SARS-CoV-2 RNA-sequenties aan de binnenkant en Qbeta-bacteriofaag-eiwitten aan de buitenkant.

Beide controles werden gevalideerd met klinische monsters. Een groot voordeel, benadrukken de onderzoekers, is dat deze, in tegenstelling tot de positieve controles die tegenwoordig worden gebruikt, in alle stappen van een COVID-19-test kunnen worden gebruikt.

“We kunnen deze gebruiken als volledige procesbeheersing – we kunnen de analyse parallel uitvoeren met het patiëntenmonster, beginnend vanaf de RNA-extractie”, zei eerste auteur Soo Khim Chan, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Steinmetz. “Andere bedieningselementen worden meestal in een latere stap toegevoegd. Dus als er in de eerste stappen iets mis is gegaan, weet je het niet.”

Tot nu toe hebben de onderzoekers hun controles aangepast voor gebruik in de door de CDC geautoriseerde RT-PCR-test. Hoewel dit momenteel de gouden standaard is voor COVID-19-tests, is het duur en complex en kan het dagen duren voordat resultaten worden geretourneerd vanwege de logistiek van het verzenden van monsters naar een laboratorium met PCR-mogelijkheden.

Steinmetz, Chan en collega’s werken nu aan het aanpassen van de bedieningselementen voor gebruik in minder complexe diagnostische tests zoals de RT-LAMP-test die ter plaatse kan worden gedaan, buiten het laboratorium en meteen resultaten kan opleveren.

“Het is een relatief eenvoudige benadering van nanotechnologie om low-tech testen nauwkeuriger te maken”, zei Steinmetz. “Dit zou kunnen helpen bij het wegnemen van enkele van de belemmeringen voor het massaal testen van achtergestelde bevolkingsgroepen in de VS en de rest van de wereld.”

Titel van het artikel: “Biomimetische virusachtige deeltjes als diagnostische hulpmiddelen voor ernstig acuut ademhalingssyndroom Coronavirus 2.”