一毫升血液含有大約15滴血液。對(duì)于患有人類免疫缺陷病毒(HIV)的人來(lái)說(shuō)，每一滴血中可能含有的病毒拷貝從不到20個(gè)到超過(guò)50萬(wàn)個(gè)不等。這被稱為病毒載量，是用來(lái)讓臨床醫(yī)生了解患者對(duì)抗病毒藥物的反應(yīng)和監(jiān)測(cè)潛在進(jìn)展的。
耗時(shí)的病毒載量檢測(cè)需要在患者接受治療時(shí)重復(fù)多次?，F(xiàn)在，賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個(gè)研究小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種既省時(shí)又經(jīng)濟(jì)的數(shù)字檢測(cè)方法，可以直接測(cè)量一滴血中HIV的存在。他們?cè)贏CS Nano上發(fā)表了這項(xiàng)研究。
根據(jù)通訊作者、賓夕法尼亞州立工程學(xué)院電子工程和生物醫(yī)學(xué)工程副教授管Weihua Guan的說(shuō)法，數(shù)字檢測(cè)是為一系列傳染病提供臨床診斷工具的第一步。
艾滋病毒載量的常規(guī)檢測(cè)包括從樣本中提取遺傳物質(zhì)，將其放大并與參考樣本進(jìn)行比較。被稱為RT-PCR的金標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，可以對(duì)實(shí)際病毒載量做出接近的估計(jì)，但它不是直接測(cè)量。Guan和他的團(tuán)隊(duì)在他們的測(cè)試中采用了更直接的方法，名為通過(guò)自動(dòng)膜基分割(STAMP)進(jìn)行自我數(shù)字化，與RT-PCR相比，這種方法更便宜、更快，需要的血液也更少。
“它的工作原理是這樣的:我們從一個(gè)人的血液中提取一小部分樣本，從中提取病毒RNA——病毒的遺傳物質(zhì)，”Guan說(shuō)。“然后我們將這種RNA與一種叫做Cas13的特殊蛋白質(zhì)混合，Cas13是CRISPR系統(tǒng)的一部分。”
Guan說(shuō)，CRISPR-Cas13是一種“革命性的工具”，它使研究人員能夠瞄準(zhǔn)和操縱RNA序列。在這項(xiàng)研究中，研究人員利用這項(xiàng)技術(shù)不是為了它的編輯能力，而是為了它的診斷潛力。他們正在使用CRISPR-Cas13來(lái)檢測(cè)HIV的存在并發(fā)出信號(hào)。
一旦RNA與Cas13結(jié)合，研究人員在混合物上放置一層納米孔聚碳酸酯膜——一種很容易獲得的薄過(guò)濾器，使其成為一種具有成本效益的材料，Guan說(shuō)。納米孔是如此之小，以至于它們可以將混合物分割成只含有一個(gè)RNA分子的單個(gè)液滴，這個(gè)RNA分子附著著Cas13蛋白。如果HIV在RNA分子中，Cas13蛋白——被HIV RNA激活——將切斷報(bào)告分子，產(chǎn)生研究人員可以檢測(cè)到的信號(hào)。
“通過(guò)計(jì)算顯示這種信號(hào)的液滴的數(shù)量，我們可以確定人血液中的艾滋病毒數(shù)量，”Guan說(shuō)。“帶有信號(hào)的液滴越多，病毒載量就越高。”
在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室血漿和最終患者血漿樣本之前，研究人員用合成HIV RNA測(cè)試了這種方法，以優(yōu)化分析的靈敏度和準(zhǔn)確性。他們通過(guò)定量20例患者血漿樣本中的HIV病毒載量來(lái)驗(yàn)證STAMP方法，其準(zhǔn)確性與傳統(tǒng)的RT-PCR方法相當(dāng)，后者通常需要更多的血液。Guan說(shuō)，他們正在努力獲取更多的樣本來(lái)繼續(xù)他們的測(cè)試。
該研究小組還發(fā)現(xiàn)，這種方法可以對(duì)每毫升血液中超過(guò)2000個(gè)病毒拷貝的HIV病毒載量進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。當(dāng)每毫升病毒拷貝數(shù)少于1萬(wàn)個(gè)時(shí)，就認(rèn)為病毒載量低；在20份或更少拷貝時(shí)無(wú)法檢測(cè);大約10萬(wàn)份，但也可能超過(guò)100萬(wàn)份。
據(jù)Guan說(shuō)，2000到10000的檢測(cè)范圍對(duì)于臨床醫(yī)生監(jiān)測(cè)患者的病毒反彈可能很重要。接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療(ART)的人可以達(dá)到無(wú)法檢測(cè)到的病毒水平，這意味著他們不能再通過(guò)性行為傳播病毒，但病毒水平上升可能表明一個(gè)人正在產(chǎn)生抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療耐藥性或其他問(wèn)題。
Guan說(shuō):“雖然需要進(jìn)一步改進(jìn)以提高其檢測(cè)極限和自動(dòng)化設(shè)置，但基于STAMP的數(shù)字CRISPR方法顯示出推進(jìn)HIV病毒載量監(jiān)測(cè)的巨大潛力。”他解釋說(shuō)，研究人員計(jì)劃繼續(xù)提高平臺(tái)的效率和準(zhǔn)確性，以量化多種病毒，最終目標(biāo)是將該設(shè)備推向市場(chǎng)。
Reza Nouri, Yuqian Jiang, Anthony J. Politza, Tianyi Liu, Wallace H. Greene, Yusheng Zhu, Jonathan J. Nunez, Xiaojun Lian, Weihua Guan. STAMP-Based Digital CRISPR-Cas13a for Amplification-Free Quantification of HIV-1 Plasma Viral Loads. ACS Nano, 2023; 17 (11): 10701
（文章來(lái)源：www.ebiotrade.com/newsf/）
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