Solunum Yolları ile İlgili Virüsler Bir Telefon Yardımıyla 30 Dakika İçinde Tespit Edildi

Fotoğraf: Akıllı telefona takılan cihaz.

ABD’li araştırmacılar akıllı telefonla entegre edilmiş bir sistem kullanarak atların burunlarından elde ettikleri solunum virüslerini 30 dakikada tespit edebilen taşınabilir bir test tasarladılar. Bu tasarım, hayvan sağlığı ile ilgili patojenlerin ilk akıllı telefon tabanlı izotermal amplifikasyon (Lamp) tespitini temsil eder ve Sars-CoV-2 için uyarlanabilir.

Lamp, bir saatin altında bir hedef dizisinin 109 kopyasını üretmek amacıyla DNA’yı sabit bir sıcaklıkta güçlendiren bir yöntemdir. Lamba, nispeten basit, düşük maliyetli ve PCR’yi inhibe eden maddelere daha az duyarlı olduğu için polimeraz zincir reaksiyonuna (PCR) bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır.

Lamp, DNA’yı yükseltmek için yaygın olarak kullanılmış ve ve daha önce bulaşıcı hastalıkların teşhisi için uygulanmış olsa da, yöntem hala bir laboratuvara ve uzman ekipmana ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenle ticari veya bireysel düzeyde gerçekleştirilemez.

Urbana Champaign’deki Illionis Üniversitesi’nden Brian Cunningham ve ekibi bu zorlukla başlayarak Lamp’teki tüm kimyasalları ve karıştırma adımlarını yöneten küçük bir mikro akışkan çip geliştirdi.

Cunningham ve ekibi, teşhis cihazlarını test edebilmek amacıyla insanlar için zararsız olan at patojenlerini kullanmayı tercih etti. Sağlıklı atlardan nazal eküvyon çubuklarını topladılar ve daha sonra örnekleri beş farklı bakteri ve virüsle karıştırdılar. Cunningham, “Atlardaki solunum yolu hastalıkları yarışlarda ve rekreasyonlarda kullanılan hayvanlar için ekonomik olarak çok önemlidir ve örnekleme yöntemleri, hastalıkların bulaşma yolları ve sağlık üzerindeki etkileri insanlardakiyle çok benzerdir” diyor.

Kullanıcılar virüsün dış kabuğunu parçalamak ve patojenik RNA’yı serbest bırakmak için örneklerini bir tampon çözeltiyle karıştırırlar. Daha sonra, özel olarak tasarlanmış çipe yüklenmeden önce RNA’nın karşılık gelen DNA dizisinin milyonlarca kopyasına dönüştürülmesi gerekir.

Çipin her bölmesi, bir patojenden elde edilmiş özel bir DNA sekansını güçlendirmek için tasarlanmış “primer” adı verilen moleküller içerir. Kullanıcılar, çipi akıllı telefonun arka kamerasında yer alan 3B baskılı plastik bir kasaya yerleştirmeden önce portatif bir ısıtıcıda 65 dereceye kadar ısıtmalıdır.

Test sırasında eklenen bir boya, DNA kopyalarını boyar ve kartuşun içindeki mavi LED ışığı ile aydınlatıldığında floresan yeşili parlar. Bir virüs yoksa, bu hedefe karşılık gelen kanal karanlık görünür ve akıllı telefonlardan elde edilen fotoğraflardaki pozitif ve negatif sonuçları açık bir şekilde ayırt eder.

Mobil Teşhis

“Akıllı telefonlar ilk çıktığında sağlık için kullanılıp kullanılamayacaklarını merak ettim” diyor Cunningham. “Bulaşıcı hastalıkların tespitleri mobil teşhis için harika bir uygulamadır çünkü sonucu hemen almak, enfeksiyonun başkalarına yayılmasını durdurmaya yardımcı olabilir.”

Kullanıcıların 30 dakika içinde tamamlayabilecekleri test hızına ek olarak sistem, düşük maliyeti göz önünde bulundurulduğunda büyük ölçekli ticari dağıtım potansiyeline de sahiptir. “Tespit sisteminin klipsli versiyonunun her birinin 50 dolardan daha düşük bir fiyata ve kartuşlarının her birinin 3 dolardan daha düşük bir enjeksiyonla kalıplanmış plastiklerden seri olarak üretilebileceğini düşünüyoruz. Test maliyetinin azaltılmasının daha az gelişmiş sağlık sistemlerine sahip dünyanın bazı bölgelerinde de potansiyel olarak daha yaygın bir şekilde kullanılabilir olmasını sağlıyor.”

Cunningham COVID-19 için test sistemlerini değiştirebileceklerini söylüyor. DNA yerine RNA’yı saptamak için RT-Lamp (ters transkripsiyon döngüsü aracılı izotermal amplifikasyon) kullanılarak Sars-CoV-2 ve insanlarda solunum yollarıyla ilgili diğer virüslerin reaksiyon koşulları büyük ölçüde değiştirilmeden tespit edilebilir.

ABD Pennsylvania Üniversitesi’nde hasta başı testi konusunda uzmanlaşmış Jinzhao Song, bu cihazı kullanarak insanlarda solunum yoluyla ilgili patojenlerin saptanmasının kesinlikle mümkün olduğuna inanıyor. Bu silikon çipin seri üretimi dikkate alınmalıdır. Akıllı telefon uygulamaları ve bulut geliştirmeyle COVID-19 yayılımının uzamsal izleme ve haritalanması için geliştirilebilir.

Fotoğraf: Baş patojenin spesifik nükleik asit sekansları, bir mikro akışkan çip üzerinde döngü aracılı izotermal amplifikasyon ile güçlendirilmiştir ve reaksiyon sonunda akıllı telefon tarafından tespit edilmiştir.(Kaynak: Brian Cunningham / Urbana Champaign’de Illinois Üniversitesi)

Bulaşıcı hastalıklar için teşhis cihazları geliştiren Sandia Ulusal Laboratuvarları’ndan Robert Meagher “Bence Sars-CoV-2’nin tespit potansiyeli açıktır ancak Sars-CoV-2 atlarda incelenen virüslerden oldukça farklıdır” diye ekliyor. Benim için bilinmeyen en büyük şey, bir çubukla toplanan Sars-CoV-2 seviyesinin bu testin tespit sınırı içinde olup olmayacağıdır. Yöntemin atlar yerine insanlarda koronavirüsler de dahil olmak üzere diğer zarflı virüsler için de kullanılabilmesini bekliyorum” diyor.

Cunningham’ın ekibi Sars-CoV-2 için RT-Lamp primerleri oluşturmak ve test malzemesi için burun bezlerini veya tükürük bezlerini kullanan bir sistemi test etmekle meşgul. Ayrıca, üretim maliyetlerini azaltmanın ve cihazlarının hızlı bir şekilde ticari olarak ölçeklendirilmesinin yollarını araştırıyorlar.

Kaynak: chemistryworld.com