Thiết bị phát hiện biến chủng nCoV trong nước bọt

Các kỹ sư thiết kế một thiết bị dạng máy tính nhỏ có thể phát hiện nCoV và nhiều biến chủng từ mẫu nước bọt trong vòng một giờ.

Trong nghiên cứu mới, nhóm nghiên cứu ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Harvard chứng minh kết quả chẩn đoán chính xác như xét nghiệm PCR đang được sử dụng hiện nay. Thiết bị này cũng có thể dùng để phát hiện các đột biến đặc biệt liên quan tới một số biến chủng nCoV đang tuần hoàn và cho kết quả sau một giờ, giúp việc theo dõi những biến chủng khác nhau trở nên dễ dàng hơn, đặc biệt ở khu vực không có cơ sở giải trình tự gene.

"Nền tảng của chúng tôi có thể được lập trình để phát hiện biến chủng mới xuất hiện và chúng tôi có thể tái sử dụng thiết bị cho mục đích khác khá nhanh", James Collins, giáo sư kỹ thuật và khoa học y tế ở Viện IMES của MIT, cho biết. "Trong nghiên cứu này, chúng tôi nhắm tới biến chủng Anh, Nam Phi, và Brazil nhưng bạn có thể điều chỉnh nền tảng chẩn đoán để phát hiện Delta và nhiều biến chủng khác".

Thiết bị được lập trình để phát hiện nhiều biến chủng nCoV. (Ảnh: Devora Najjar).

Thiết bị chẩn đoán mới dựa vào công nghệ CRISPR, có chi phí lắp ráp khoảng 15 USD nhưng có thể hạ giá thành nếu sản xuất trên quy mô lớn. Collins và cộng sự ứng dụng SHERLOCK, công cụ chỉnh sửa gene mà họ báo cáo lần đầu tiên năm 2017. Các bộ phận của hệ thống bao gồm sợi ARN dẫn cho phép phát hiện chuỗi ARN mục tiêu, enzyme Cas cắt các chuỗi đó và sản sinh tín hiệu huỳnh quang. Tất cả bộ phận cấp phân tử trên có thể sấy lạnh để lưu trữ trong thời gian dài và tái kích hoạt thông qua tiếp xúc với nước.

Năm ngoái, phòng thí nghiệm của Collins bắt đầu tìm cách điều chỉnh công nghệ để phát hiện nCoV. Các nhà nghiên cứu hy vọng có thể thiết kế thiết bị chẩn đoán cho kết quả nhanh chóng và dễ hoạt động. Họ cũng muốn thiết bị hoạt động với mẫu nước bọt để người dùng dễ thao tác hơn.

Nhằm đạt mục tiêu trên, nhóm nghiên cứu tích hợp một bước quan trọng trước khi xử lý mẫu vật, vô hiệu hóa enzyme nuclease trong nước bọt chuyên phá hủy axit nucleic như ARN. Sau khi đưa mẫu vật vào thiết bị, nuclease bị bất hoạt bởi nhiệt và hai chất phản ứng hóa học. Sau đó, ARN của virus được tách ra và tập trung nhờ dẫn nước bọt qua một tấm màng. Tấm màng đóng vai trò quan trọng giúp thu thập và tập trung axit nucleic để tạo độ nhạy cho chẩn đoán. Tiếp đó, mẫu ARN tiếp xúc với thành phần CRISPR/Cas sấy khô, được kích hoạt bởi túi nước bị đâm thủng tự động trong thiết bị. Phản ứng phóng đại mẫu ARN, giúp phát hiện chuỗi ARN mục tiêu.

Nhóm nghiên cứu thiết kế thiết bị mang tên SHERLOCK mini bao gồm 4 module, mỗi module tìm kiếm một mục tiêu khác nhau trong chuỗi ARN. Module gốc chứa sợi ARN dẫn dùng để phát hiện bất kỳ nCoV nào. Các module khác được thiết kế dành riêng cho đột biến gắn liền với một số biến chủng, trong đó có B.1.1.7, P.1 và B.1.351.

Biến chủng Delta vẫn chưa lan rộng khi nhóm của Collins tiến hành nghiên cứu. Nhưng do hệ thống đã được chế tạo xong, các nhà nghiên cứu có thể thiết kế ngay một module mới để phát hiện biến chủng đó. Hệ thống cũng rất dễ lập trình để theo dõi đột biến mới có thể khiến virus lây nhiễm mạnh hơn.

Nhóm nghiên cứu lần đầu tiên thử nghiệm thiết bị với nước bọt của người chứa chuỗi ARN của nCoV tổng hợp, tiếp theo với 50 mẫu bệnh phẩm của bệnh nhân dương tính với nCoV. Họ nhận thấy thiết bị có độ chính xác cao như xét nghiệm PCR tiêu chuẩn vốn cần tăm bông lấy dịch mũi, do đó đòi hỏi nhiều thời gian và phần cứng hơn để đưa ra kết quả.

Thiết bị cho kết quả đọc nhanh nhờ huỳnh quang, có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Nhóm nghiên cứu cũng thiết kế ứng dụng trên điện thoại thông minh, có thể đọc kết quả và gửi tới cơ quan y tế. Họ ước tính có thể sản xuất thiết bị với chi phí 2 - 3 USD. Nếu được Cục Quản lý Dược phẩm và Thực phẩm Mỹ thông qua và sản xuất trên quy mô lớn, thiết bị chẩn đoán này có thể hữu dụng với những người muốn xét nghiệm ở nhà, hoặc trung tâm y tế ở những khu vực khó xét nghiệm PCR hoặc giải trình tự biến chủng nCoV.

Cập nhật: 08/08/2021 Theo VnExpress