STMicroelectronics (ST) och Clonit har i samarbete med ett italienskt institut utvecklat en prototyp för snabb analys av ebolavirus. Analysatorn kommer att kunna upptäcka viruset på mindre än 75 minuter och därmed hjälpa till att förhindra smittspridning.
Drivna av det ambitiösa målet att snabbt kunna upptäcka ebolaviruset i mänskligt blod på ett mycket tidigt stadium och då minimera ytterligare smittspridning har STMicroelectronics och Clonit, i samarbete med ItaliensNational Institute for Infectious Diseases Lazzaro Spallanzani, på endast några veckors tid utvecklat en prototyp för en bärbar analysator som kan identifiera förekomsten av ebolaviruset på mindre än 75 minuter.
Den bärbara analysatorn bygger på Real-Time Polymerase Chain Reaction (RT-PCR) molekylärbiologisk teknik. Nästa steg i utvecklingen av analysatorn är att optimera ”point-of-care” ebola-upptäcktslösning för storskalig tillverkning, inklusive minimera hotet om infektion under hanteringen av det biologiska provet och att sänka kostnaderna. Denna insats banar väg för att möjliggöra snabba diagnostiska tester av ebola, liksom många andra virus som är mycket mer utbredda.
Satsen, inklusive prototyp-analysator, uppges framgångsrikt ha testats i överensstämmelse med tillämpliga internationella standarder av det nationella institutet för infektionssjukdomar Spallanzani, en av de två italienska institutioner som utsetts av det italienska hälsoministeriet som ett referenscentrum för vård och behandling av ebola. Satsen detekterar närvaron av ebolaviruset med extrem noggrannhet på bara några mikroliter blodprover och noggrannheten i resultatet har bekräftats med ett blodprov utspätt upp till en miljon gånger. Den höga känsligheten i testet möjliggör detektering av viruset på ett mycket tidigt stadium, som avsevärt kan bidra till att begränsa spridningen av den dödliga sjukdomen.
Satsen består av fyra huvudkomponenter:
– En extraktor, där blodprovet laddas för att extrahera viruset RNA.
– Ett mikrochip stort som ett frimärka i kisel, som utvecklats av STMicroelectronics’ labb i Agrate Brianza och Catania, fungerar som en miniatyriserad reaktor och bär – i mikrometerskala – hela processen med förstärkning och screening av det extraherade genetiska materialet på vilket extraherad RNA är laddat. Därpå används sedan en omvänd-transkribens till DNA och förstärks i enlighet med RT-PCR-metodologi.
– Särskilda reagenser, som utvecklats av Clonit, och som är förinstallerade på mikrochipet för att utföra en kvantitativ realtids-PCR (virusmängd) i enlighet med alla standarder och kontroller som krävs enligt internationella regler för kvalitetskontroll.
– En bärbar optisk läsare, även den utvecklad av STMicroelectronics, som detekterar närvaron av virus-DNA i provet och skickar data till en dator som bearbetar och presenterar dem i grafisk form.
Precisionen, hastigheten och den lilla storleken på konstruktionen gör den mycket användbar i brådskande situationer och för ”fält”-diagnostik.
– Detta test kommer att få stora konsekvenser för både medicin och folkhälsa. I själva verket skulle en snabb diagnos, som leder till identifiering av patienter med ebola, resultera i omedelbar tillämpning av isoleringsåtgärder, vilket därmed minskar risken för smittspridning i samhället och möjliggöra en omedelbar start av en lämplig behandling av patienten, säger Giuseppe Ippolito, Scientific Director vid Spallanzani-institutet.
– Med utvecklingen av den här tekniken har institutet återigen tillgodosett behovet hos forskarvärlden och i landet av utvecklad nyckelteknik för att klara infektionssjukdomar, säger Valerio Fabio Alberti, Special Commissioner, vid Spallanzani-institutet.
– Vi är stolta över att sätta våra innovativa förmågor och djupa teknikportfölj i tjänst för mänskligheten och för att lämna vårt bidrag till kampen mot en allvarlig epidemi som skulle kunna hota hela världens befolkning, säger Andrea Cuomo, Corporate Vice President, Advanced Project vid STMicroelectronics. Än en gångvisar STMicroelectronics’ forskning sin kapacitet för att öppna upp nya möjligheter för mikroelektronikvärlden.
– Jag anser att denna prestation inom italiensk biomedicinsk forskning är ett utmärkt exempel på samarbete mellan offentliga och privata organisationer, säger Carlo Roccio, koncernchef vid Clonit.
Nu ska partnerna, i samarbete med andra branschledande inom detta område, utvärdera en integrerad, helt fristående och helautomatiska sjukdomsdetektionssystem som kan utföra flera analyser parallellt med ett stort antal prover. Tidsoptimering, tillsammans med portabilitet, automation och integration kommer att tillåta ytterligare minskningar av kostnaderna och skapa en mer effektiv process med mer begränsad mänsklig inblandning vid provtagning och bana väg för en överkomlig screening av ebola och andra virus.
– Detta lysande resultat av samarbetet stimulerar vårt institut att med ännu mera kraft fortsätta vårt uppdrag att främja utveckling och validering av ny teknik och testa överföringen av denna nya teknik till det nationella sjukvårdssystemet, säger avslutningsvis Valerio Fabio Alberti vid Spallanzani Institute i ett pressmeddelande.
Tekniska anm:
Polymeraskedjereaktion (PCR) förstärker ett mål-biologiskt material, såsom ebola-virus, innesluten i ett litet prov blod, så att det kan detekteras. Nyckelförfarandet vid PCR är en noggrant styrd cykel av upprepad uppvärmning och kylning av det biologiska materialet som därefter utvärderas mot de biologiska markörer som placerats på mikrochipet.
Kislets låga termiska kapacitet och de små volymerna prover kan avsevärt minska reaktionstider och snabba upp temperaturcyklerna. Det möjliggör att en snabb förstärkning av komplexa biologiska material kan ske utan att kompromissa med noggrannhet och tillförlitlighet.
