Проект DARPA по разработке портативного устройства для раннего обнаружения инфекционных заболеваний

Проект DARPA по разработке портативного устройства для раннего обнаружения инфекционных заболеваний

14 May 2021
27
Прослушать

Многие инфекционные заболевания, такие как КОВИД-19, часто остаются незамеченными до тех пор, пока они не распространяются. Выявить проблему в обществе нелегко, в частности потому, что обнаружение инфекционного заболевания, которое является основой для наблюдения и отслеживания контактов, может занять несколько часов, а то и дней.

Проблема усугубляется тем, что традиционные анализы для обнаружения инфекций разрабатываются на основе прежних знаний, а новые технологии слишком медленно продвигаются из лабораторий в широкое использование. 

Сейчас ученые разрабатывают портативное устройство, которое можно настроить для скрининга тысяч патогенов за несколько минут, а не часов. В устройстве будут использованы последние достижения в области биотехнологии, анализа изображений и микрофлюидики. Цель - повысить скорость лечения и улучшить стандарты оказания медицинской помощи населению, а также оснастить вооруженные силы новой технологией биологического наблюдения.

Эту технологию создают разработчики из компании Draper, которые работают в составе группы, недавно отобранной для этой цели американским Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA). Возглавляемая компанией MRIGlobal, группа разрабатывает устройство с массовым мультиплексированием (ММП) для программы DARPA "Detect It with Gene Editing Technologies" (DIGET). Цель программы, по словам представителей DARPA, состоит в том, чтобы включить генные редакторы в детекторы для распределенного бионадзора за состоянием здоровья и быстрой диагностики эндемических, новых и созданных патогенных угроз. Мы уже кратко упоминали об этом проекте в недавней заметке на нашем сайте.

Основой для ММП является DETECTR, платформа обнаружения на основе CRISPR*, разработанная компанией Mammoth Biosciences, которая является членом команды MRIGlobal. Платформа зарекомендовала себя как технология быстрой диагностики, которая использует молекулярный инструмент редактирования генов для поиска определенной генетической последовательности в образце.

ММП будет включать в себя несколько технологий, разработанных компанией Draper. Маршрут жидкости по одноразовому картриджу будет контролироваться электромагнитным насосом и клапаном Draper, разработанным для приложений с низкими требованиями к размерам, весу и мощности. Продемонстрированный компанией Draper опыт применения стеклянных подложек и печати компактных, сверхплотных массивов ДНК будет использован для масштабирования химической технологии DETECTR компании Mammoth до 1000 комплексов с помощью микрочипов из комплексов Cas/gRNA. Каждый комплекс Cas/gRNA предназначен для обнаружения уникального патогена.

В ММП также будет использован новый подход к оптическому обнаружению путем разработки миниатюрной, простой, безлинзовой системы, не имеющей движущихся частей, что делает ее привлекательной для развертывания в полевых условиях. Перенастройка микрочипов будет осуществляться путем печати чипов с новыми комплексами Cas/gRNA - этот процесс, как ожидается, займет 24 часа или меньше.

ММП обещает обеспечить не только идентификацию микроорганизмов на уровне вида или штамма, но и информацию о генетически закодированных характеристиках, таких как устойчивость к противомикробным препаратам, а также данные об экспрессии генов для определения тяжести заболевания у человека.

Прогнозируемое время от получения образца до ответа равное 15 минутам позволит проводить больше анализов в день, что даст возможность принимать соответствующие меры практически в режиме реального времени.

* CRISPR, точнее, CRISPR/Cas9 — мощный инструмент редактирования геномов. Он основан на элементе защитной системы бактерий, который биологи приспособили для внесения изменений в ДНК растений, животных и даже людей. Технология позволяет внести поправки всего за несколько дней, а не недель или месяцев