PLOS ONE:新型HIV感染检测装置,没电的乡村也能用
来源: 果壳网/健康朝九晚五   发布时间: 2016-08-03 09:39   725 次浏览   大小:  16px  14px  12px
近日,发表在《PLOS ONE》杂志上的一项研究中,研究人员已经开发了一种低成本,不依赖电力的,用以检测传染性病原体的装置,当然它也可以用来检测HIV-1的DNA。该装置通过简单的化学反应,不采用电力就可以提供热能用于扩增及检测可疑感染者血液样本中病原菌DNA或RNA的。

赞比亚的保健工作者正在学习使用NINA原型机

 

疾病的诊断对于整个疾病的诊疗过程及其重要,特别是对于传染性疾病。在电力资源和制冷设备匮乏,缺少经过适当培训的医护人员的偏远地区,HIV病毒和其他传染性疾病的诊断存在特殊的困难。为解决这一难题,研究人员已经开发了一种低成本,不依赖电力的,用以检测传染性病原体的装置,当然它也可以用来检测HIV-1的DNA。该装置通过简单的化学反应,不采用电力就可以提供热能用于扩增及检测可疑感染者血液样本中病原菌DNA或RNA的。

HIV病毒检测方法一种是检测病毒的核酸(如PCR),检测方法复杂,受设备和人员的多方限制。另一种快速检测方法操作简便,在家就可完成,可惜检测的是抗体,不能在早期发现病毒,只有在有了抗体后才能检出。

“这项极具创新性的技术解决方案为缺医少药的人群带来了精细的分子学诊断技术,它标志着全球HIV、结核及疟疾等医疗服务获得了潜在的突破性进展,这些疾病在许多偏远地区仍被视为严重的健康威胁。美国国立卫生研究院(NIH)国家生物医学成像和生物工程(NIBIB)研究所的负责人,罗德里克?佩蒂格鲁(Roderic Pettigrew)博士介绍说。

这项研究由高级技术负责人保罗?拉巴里(Paul LaBarre)组织完成,并于11月26日在线发表于《公共科学图书馆?综合》(PLOS ONE)杂志上,研究团队隶属于总部设在西雅图的全球性非盈利健康组织PATH。他们开发且正在完善的核心技术被称为“不需借助大型设备的核苷酸扩增技术”,简称NINA。研究旨在拓展准确诊断技术在更多场合的应用,特别是那些缺乏电力供给的地区。

早期现场诊断有助于立即开始治疗

拉巴里就他们研究试图解决的问题进行了解释。“在资源匮乏的条件下,缺乏现场分子学诊断测试成为了传染性疾病控制的壁垒。将样本从当地运输到遥远的诊断检测中心可造成诊断的延误、数据丢失并增加成本。”这其中最大的一个问题,就是复诊人群的丢失。那些提供检验样本的个体可能不会再返回当地诊所,他们的样本检出为阳性也无法得到治疗。鉴于这些摆在有效疾病控制面前的重重阻碍,NINA技术的目的就是无论有没有适合的基础设施条件,都可以实现在现场护理点(POC)完成检测和接下来的治疗。

核酸测试的重要优势是可在早期阶段发现感染。当前可在柜台买到的检测试剂盒都是基于抗体结合技术的,比如HIV唾液检测试纸。而这些检测试剂在HIV病毒产生抗体之前是无法检测到的,而产生抗体的过程可能会长达数月。这个最新的方法可在感染的早期阶段检出HIV,也就是在患者的传染性最强的时候。POC医疗的目标是在当地诊所单次就诊就可完成诊断并开始治疗,尽早确诊对其至关重要。对HIV阳性母亲的宝宝进行HIV检测时,因为母亲产生的抗体可出现在宝宝的血液中,抗体检测可出现假阳性结果,因此必须使用基于核酸的检测方法。

一步步应对挑战

扩增的过程包括从个体血液样本中提取核苷酸,与目标病原菌的核苷酸片段混合,并通过恒温加热法获得许多存在于血液样本中的经扩增的病原菌核苷酸。以上测试结果准确性很高,当出现病原菌核苷酸时,可很方便地通过简单的试纸显色法将结果变得可视化。

拉巴里和他的团队正在使用廉价的绝热热水瓶作为化学反应的的热源来研发NINA系统。最新版本的孵育设备可使用镁铁合金(MgFe)产生热能。选择MgFe因为其廉价,仅需6美分就完成一个反应,也因为它可做成独立包装。技术员只要在热水瓶底部的包装袋里加点盐溶液就可以很简单地启动热产生反应了。

研究人员对NINA进行的热成像,用于评估热量流失,就保温材料的效果进行对比

 

研发性能高而廉价的材料

研究人员在开发过程中确保孵育器内各个部件的性能最大化,保证为小试管中进行的扩增反应提供恒定温度。为实现这点,研究团队研发了一个储存并调节化学反应产生的热量的特殊部件,该部件可以轻松地安装在试管支架上,从而保证在每个试管表面均匀加热。在设计装置主体部分的时候,研究团队使用了热成像相机对廉价材料的性能进行了评估,并最终选择了可重复使用的热水瓶来最大限度减少装置的热量流失。

研究中另一个关键点就是该装置中的孵育器必须运转起来。精细诊断试验室里的仪器在室温和人工控制的条件下运行,而这个装置则必须可以在极端环境温度下进行操作。孵育器内部的反应必须在一个小时内维持在60摄氏度。因此研究组对NINA孵育器在不同环境温度范围内正常工作的性能进行了检验。该设备可以在外部环境温度在10摄氏度至32摄氏度之间时均保持在内部温度60摄氏度。

研究组展示了他们的扩增系统可在短短80分钟内提供敏感而可复现的HIV-1检测服务。他们现在正在为该扩增系统配备简易现场血样核苷酸提取技术。拉巴里说:“为完成这一低资源配置的诊断技术,接下来需要做的是在扩增之前将患者血样的简易核苷酸分离方法整合进来。当前的方法既昂贵又存在技术难点。幸运的是我们正在测试的方法中有几个看起来很有希望成功。”

 图为可重复使用的NINA设置的剖面图,显示了隔热材料,热源,变相材料及样品的相应位置

 

NINA 系统可快速明确个体是否患有传染性疾病,实现在单次就诊期间完成检测和治疗,对POC健康服务是一项十分重要的技术。对于控制和最终消灭流行于小型而与世隔绝的村子之间的传染性疾病来说是关键的一步。 

 

 

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