Ultrasnelle PCR op de chip kan de diagnose tijdens pandemieën versnellen

Omgekeerde transcriptie-polymerasekettingreactie (RT-PCR) was de gouden standaard voor diagnose tijdens de COVID-19-pandemie. Het PCR-gedeelte van de test vereist echter omvangrijke, dure machines en duurt ongeveer een uur om te voltooien, waardoor het moeilijk is om snel iemand op een testlocatie te diagnosticeren. Nu rapporteren onderzoekers in ACS Nano hebben een plasmofluïdische chip ontwikkeld die PCR in slechts ongeveer acht minuten kan uitvoeren, wat de diagnose tijdens huidige en toekomstige pandemieën zou kunnen versnellen.

Snelle diagnose van COVID-19 en andere zeer besmettelijke virusziekten is belangrijk voor tijdige medische zorg, quarantaine en contactopsporing. Momenteel is RT-PCR – die enzymen gebruikt om kleine hoeveelheden viraal RNA om te keren naar DNA en vervolgens het DNA te amplificeren zodat het kan worden gedetecteerd door een fluorescerende sonde – de meest gevoelige en betrouwbare diagnostische methode. Maar omdat het PCR-gedeelte van de test 30-40 cycli van verwarmen en koelen in speciale machines vereist, duurt het ongeveer een uur om uit te voeren en moeten monsters meestal naar een laboratorium worden gestuurd, wat betekent dat een patiënt meestal een dag moet wachten. of twee om hun diagnose te krijgen. Ki-Hun Jeong en collega’s wilden een plasmofluïdische PCR-chip ontwikkelen die snel minuscule hoeveelheden vloeistoffen kan verwarmen en koelen, waardoor een nauwkeurige point-of-care-diagnose in een fractie van de tijd mogelijk is.

De onderzoekers bedachten een polydimethylsiloxaanchip ter grootte van een postzegel met een microkamer-array voor de PCR-reacties. Wanneer een druppel monster aan de chip wordt toegevoegd, trekt een vacuüm de vloeistof in de microkamers, die zich boven glazen nanopilaren met gouden nano-eilanden bevinden. Alle microbellen die de PCR-reactie zouden kunnen verstoren, diffunderen door een luchtdoorlatende wand. Wanneer een witte LED onder de chip wordt ingeschakeld, zetten de gouden nano-eilanden op de nanopilaren licht snel om in warmte en koelen ze snel af als het licht is uitgeschakeld. De onderzoekers testten het apparaat op een stuk DNA met een SARS-CoV-2-gen, waarmee ze in slechts vijf minuten 40 verwarmings- en koelcycli en fluorescentiedetectie voltooiden, met nog eens drie minuten voor het laden van het monster. De amplificatie-efficiëntie was 91%, terwijl een vergelijkbaar conventioneel PCR-proces een efficiëntie heeft van 98%. Met de reverse transcriptase-stap toegevoegd voorafgaand aan het laden van het monster, kan de volledige testtijd met de nieuwe methode 10 tot 13 minuten duren, in tegenstelling tot ongeveer een uur voor typische RT-PCR-tests. Het nieuwe apparaat zou veel mogelijkheden kunnen bieden voor snelle point-of-care diagnostiek tijdens een pandemie, zeggen de onderzoekers.