Портативная диагностическая лаборатория использует "ферроботов" для автоматизации тестирования на вирусы

Американские ученые из Калифорнийского университета заявили, что они разработали технологию для портативного лабораторного набора, который может значительно увеличить скорость и объем тестирования заболеваний, одновременно снижая затраты и использование дефицитных материалов. Используя "рой" магнитов размером с булавочную головку, портативный и универсальный диагностический лабораторный набор способен полностью автоматизировать мультиплексное и объединенное тестирование.

Информацию о своей разработке ученые опубликовали в журнале Nature.

Автоматизированные тесты, говорят исследователи, могут быть легко изготовлены, развернуты и своевременно применены в кабинете врача, поликлинике или в местах массового тестирования в аэропортах и школах в начале распространения любого крупного инфекционного заболевания. В статье, посвященной проекту, исследователи описали принцип работы лабораторного набора и привели результаты клинического исследования с использованием образцов анализов людей, у которых наблюдались симптомы COVID-19. При этом набор может быть легко адаптирован для тестирования на многие виды заболеваний в полевых условиях и с лабораторным качеством.

Более 100 результатов тестов с использованием лабораторного набора были сравнены с теми же образцами, проверенными на COVID-19 с помощью молекулярной диагностики на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР), проводимой в рамках обычной клинической помощи в больнице Калифорнийского университета.

Используя электронное устройство, управляющее набором подвижных магнитных дисков размером 1 миллиметр ("ферроботы") для транспортировки образцов через диагностический процесс теста амплификации нуклеиновых кислот, сверхчувствительный лабораторный набор калифорнийских исследователей смог обнаружить присутствие генетического материала вируса - в данном случае SARS-CoV-2, вызывающего COVID-19. Этапы разделения, сортировки, смешивания и амплификации образцов для тестирования автоматизированы и выполняются на миниатюрном уровне внутри набора.

Компактный дизайн этой платформы и автоматизированная обработка образцов позволяют легко реализовать объединенное тестирование, когда можно тестировать десятки образцов пациентов одновременно, и все это с использованием тех же материалов, которые в настоящее время требуются для тестирования только одного пациента. Например, можно протестировать студентов в общежитии целого колледжа, используя всего несколько десятков наборов для тестирования.

Благодаря разработке набора для совместного тестирования система требует гораздо меньшего количества реагентов по сравнению с теми, которые необходимы для тестирования отдельных образцов. В ходе исследования разработчики объединяли и тестировали одновременно до 16 образцов. Если объединенный тест показывал положительный результат, последующие тесты автоматически проводились в рамках той же платформы до тех пор, пока не были выявлены действительно положительные образцы.

Весь процесс занимал от 30 до 60 минут, в зависимости от того, были ли положительные образцы. Благодаря миниатюризации анализа и возможности совместного тестирования, по словам исследователей, затраты на химические реагенты могут быть снижены в 10-300 раз.

Помимо возможности одновременного тестирования на несколько заболеваний, платформа также обеспечивает точность и надежную автоматизацию. Например, при объединенном тестировании 16 образцов более 300 лабораторных операций, включая смешивание и сортировку, были автоматизированы "ферроботами" — это более 3 000 отдельных движений, или срабатываний. В ходе исследований надежности, по словам исследователей, они показали, что "ферроботы" могут выполнить более 8 миллионов действий без ошибок.