Japanse onderzoekers ontwikkelen AI-nanoporieplatform voor nauwkeurige, snelle COVID-19-tests

Een snelle, nauwkeurige manier om te testen op een COVID-19-infectie zou een grote stap zijn in het overwinnen van de greep van het virus op onze samenleving. Nu hebben Japanse onderzoekers een veelbelovende oplossing ontwikkeld: een nieuw platform dat nanoporietechnologie koppelt aan kunstmatige intelligentie. Het artikel, ‘High-precision rapid testen van omicron SARS-CoV-2 varianten in klinische monsters met behulp van AI-nanopore’, werd gepubliceerd in Laboratorium op een chip .

Wat is een nanoporie? Een nanoporie is een minuscuul gaatje in een dun substraat, vaak een siliciumwafel. Een nanoporie kan een diameter hebben van enkele nanometers tot enkele honderden nanometers – een schaal die klein genoeg is om te werken met SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt.

Kaoru Murakami, de hoofdauteur van het onderzoek, legt uit: ‘Onze technologie houdt in dat we kijken naar veranderingen in de elektrische stroom wanneer verschillende materialen door kleine nanoporiën worden geleid. Met behulp van kunstmatige intelligentie kunnen we de structuur, het volume en de oppervlaktelading van verschillende materialen begrijpen. materialen, inclusief virussen.”

SARS-CoV-2 is typerend voor veel andere RNA-virussen omdat het voortdurend muteert, waardoor de eigenschappen van het virus veranderen, inclusief het aantal infecties en de symptomen. Eén beruchte mutatie van het virus, de omicron-variant, werd voor het eerst geïdentificeerd in november 2021 en staat bekend om zijn vermogen om zich snel te verspreiden. Een van de grootste uitdagingen bij het testen op COVID-19 tot nu toe is het nauwkeurig bepalen van de aan- of afwezigheid van nieuw gemuteerde varianten in een monster.

De onderzoekers probeerden dus eerst aan te tonen dat hun platform verschillen tussen zes verschillende varianten van SARS-CoV-2 kon detecteren. Vervolgens onderzochten ze of hun platform SARS-CoV-2-stammen kon identificeren in 241 speekselmonsters, verzameld van 132 mensen die besmet waren met SARS-CoV-2 en 109 niet-geïnfecteerde mensen.

Het platform kon niet alleen onderscheid maken tussen SARS-CoV-2-varianten, maar kon ook 100% van de tijd de aanwezigheid van de omicron-variant vaststellen.

De onderzoekers veronderstellen dat hun AI-gestuurde platform verschillen detecteert in de zogenaamde spike-eiwitten (ook wel S-eiwitten genoemd) die het oppervlak van coronavirussen bedekken. Deze eiwitten, die de neiging hebben zeer snel te muteren, binden zich aan gastheercelreceptoren en spelen een cruciale rol bij het binnendringen van gastheercellen.

Tot nu toe was de gouden standaard voor de detectie van SARS-CoV-2 een methode genaamd RT-PCR (de reverse transcription-polymerase chain reaction test).

“Net als RT-PCR kan ons AI-nanoporieplatform het coronavirus met hoge gevoeligheid en specificiteit detecteren. Een groot voordeel van ons nanoporiesysteem is echter dat het veel goedkoper is en het potentieel heeft om een ​​groter aantal monsters in een bepaalde tijd te meten. periode”, legt Masaaki Murakami, senior auteur, uit.

De voordelen van dit systeem zijn niet specifiek voor SARS-CoV-2; andere RNA-virussen hebben ook vaak een hoge mutatiesnelheid, en daarom zou dit platform kunnen worden gebruikt om virussen zoals griep te detecteren. Het nieuwe platform zou zelfs snel kunnen worden aangepast om te testen op de volgende nieuw opduikende infectieziekte.