Науковці розробили лицьові маски, що з допомогою інтегрованих біосенсорів можуть виявити SARS-CoV-2 в повітрі, яке видихає особа. Маска-сенсор – проста для застосування і зможе надавати дані з такою ж точністю, як ПЛР-тести. Крім того, науковці представили придатні для носіння біосенсори інших вірусів, бактерій та отрут. Аби вони стали доступними для повсякденного використання, потрібні певні вдосконалення.
Зображення: Juanmonino/ Getty images.
Золотим стандартом для виявлення інфекції коронавірусу SARS-CoV-2 вважають ПЛР-тест. Щоб його здійснити, потрібно відібрати пробу з носоглотки пацієнта й помножити отриманий вірусний геном. Процес отримання результатів триває кілька годин і, залежно від масштабу лабораторії, може затягнутися на понад 24 години. Альтернативою є швидкі тести на антитіла, що надають результати вже через 15-30 хвилин, але вони не такі точні, як ПЛР.
Команда на чолі з Пітером Нуєном (Peter Nguyen) з Гарвардського університету в Бостоні розробила біосенсор, що може виявляти SARS-CoV-2 безпосередньо з повітря, яким дихає людина. Сенсори розроблені на основі модифікованої технології генетичних ножиць CRISPR/Cas9. Для цього система отримує зразок частини генетичної структури вірусного спайкового білка. Він виконує функцію виловлювання з повітря вірусних РНК. Фермент Cas12a та спеціальні хімікати помножують послідовність РНК та активують барвник, що потім сигналізує про позитивний результат.
За цим принципом науковці минулого року вже розробляли швидкий тест на коронавірус. На відміну він нього, новий біосенсор вступає в реакцію з повітрям – і його можна інтегрувати в маску. «Вірус збирається на внутрішньому боці маски після кашлю, говоріння та нормального дихання, – пояснили вчені. – Маски для обличчя, які ми розробили, містять ліофілізований датчик CRISPR для переносного, неінвазивного виявлення SARS-CoV-2 при кімнатній температурі».
Перший тест за лабораторних умов засвідчив, що новий біосенсор за своєю точністю наближений до ПЛР-тесту, але потребує значно менше часу: «Від моменту активації датчиків на масці до остаточного зчитування проходить приблизно 1,5 години», – сказали науковці. Крім того, тест дуже простий: після 30 хвилин носіння маски людина натискає кнопку і вивільняє рідину, що активує датчик. Якщо повітря, яким вона дихала, містить РНК вірусу SARS-CoV-2, маска змінить колір упродовж наступних 60 хвилин.
«Наскільки нам відомо, жоден інший тест на основі нуклеїнових кислот не має такої високої точності та чутливості в кімнатній температурі, а також не дає змоги інтеграції в форматі, придатному для переміщення», – написали Нуєн та його колеги.
Реакцію приводить в дію тепле дихання людини, що одягнула маску. Роман Вельфель (Roman Wölfel), керівник Інституту мікробіології збройних сил в Мюнхені, не залучений до дослідження, пояснив: «Описаний в публікації метод ґрунтується переважно на ензимній реакції за оптимальної температури 37-42 градуси за Цельсієм. Реакцію буде провокувати тепло тіла. Тому вона протікатиме дещо повільніше. Науковці говорять про тривалість тесту до 2 годин, натомість в лабораторних умовах він триває 30-45 хвилин».
З огляду на це, представлені результати дуже перспективні. Але в реальному житті в гру входять й інші чинники, наприклад, інші мікроорганізми або слизькі субстрати, що можуть спотворити дані.
Крім того, на думку Вельфеля, представлена маска не дуже практична: особливо ідея, що людина повинна носити її впродовж 90 хвилин, чекаючи на результати, виглядає малоймовірною. Вбудований в маску переносний фільтр можна було б дослідити в лабораторії або в полі поширеними методами виявлення SARS-CoV-2 або інших патогенів».
Крім того, разом з масками SARS-CoV-2 Нуєн та його колеги презентували й інші шляхи застосування маски. Наприклад, датчики, що працюють за подібним принципом, можна буде інтегрувати в захисний одяг, щоб виявляти отруйні речовини, бактерії або віруси в середовищі.
Такий спосіб науковці вже перевірили для вірусу Еболи, стафілококу золотистого та інсектициду Paraoxon. Оскільки реакція починається тільки тоді, коли датчик змочити водою, патогени або отрути можна виявляти тільки в рідких речовинах, наприклад, коли заражені краплі потраплять на тканину.
Але цей метод виявлення недуг на халатах та іншому одязі суперечливий, адже невідомо, чи на детектори, вбудовані в "переносні пристрої", потраплятиме достатня кількість рідини, – сумнівається Вельфель. Кен Дінсер (Can Dincer), керівник дослідницької групи інтерактивних матеріалів та біотехнологій в Університеті імені Альберта-Людвіґа у Фрайбурзі, також не залучений до дослідження, погоджується: «Інтеграція текстилю і сенсорів може в майбутньому запропонувати прекрасну альтернативу для поширених нині діагностичних методик».
Elena Bernard
Eine Maske, die SARS－CoV－2 nachweisen kann
Nature Biotechnology, Science Media Centre, 30/06/2021, doi: 10.1038/s41587-021-00950-3
Зреферувала С.К.
12.07.2021