快速无标签VIRRION平台实现几分钟内从临床样本中捕获和鉴定病毒

【字体: 时间:2020年01月01日 来源:生物通

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  病毒能够迅速且不可预测地进化,对疾病诊断的有效性提出了挑战。研究人员新开发的平台能在短短几分钟内无需标记,从临床样本中按病毒大小捕获并富集病毒,同时结合拉曼光谱法直接实时地识别病毒,准确率达90%。纯化富集的活病毒还可以进行后继的培养鉴定、测序分析。

  

病毒能够迅速且不可预测地进化,对疾病诊断的有效性提出了挑战。为了帮助控制爆发并了解其起源,第一步通常是从受感染的样本中分离病毒以进行表征。宾夕法尼亚州立大学和纽约大学的研究人员新开发的一个便携式微平台可以在短短几分钟内无需使用任何标记的情况下,从临床样本中按病毒大小捕获并富集病毒,同时结合拉曼光谱法直接实时地识别病毒,准确率达90%。此外,这种活病毒富集过程能够为后继的进一步培养和鉴定、电镜和深度测序提供样本制备。该微平台可通过启用实时病毒识别来扩大病毒监控范围,有望成为有效的疾病监控系统。

基于免疫的技术和分子分析如酶联免疫吸附测定(ELISA)和PCR,可提供相对灵敏的检测来识别病毒,但需要事先具备菌株信息。深度测序技术是病毒监控中的强大工具。如果序列覆盖范围足够,NGS可以检测病毒基因组中的突变并捕获有关病毒种群内遗传多样性的信息。但当前的挑战之一是大多数样品中的病毒滴度低,导致序列读取受宿主遗传物质而非病毒病原体的支配。现有的富集方法,包括病毒培养和基因组扩增,通常会在序列读数中引入人工变异或偏倚。此外,这些处理步骤还涉及在操作过程中整合不同的台式设备,试剂和技术专长。传统方法中采集的样品要经过超速离心细胞培养物等一系列耗时的步骤,以富集病毒颗粒或放大病毒滴度,需要实验室拥有适当的基础设施,并且需要时间,从几小时到几天不等。此外,许多病毒是不容易培养的。当样品对时间敏感或病毒滴度可变时,传统用于病毒富集的方法是不切实际的。因此,在现场条件下快速富集病毒和快速病毒检测仍然是一个关键的技术障碍。

新开发的便携式微流体平台,包含具有差异过滤孔隙率的碳纳米管阵列,用于病毒的快速富集和后续的光学鉴定。通过多病毒捕获组件结合表面增强拉曼光谱,可以实时富集和鉴定不同的新出现的病毒株(或未知病毒)。更重要的是,在芯片上进行病毒捕获和检测后,病毒仍保持活力并在微型设备中被纯化,从而可以通过各种常规方法进行后续的深入表征。

研究人员使用禽流感A病毒的不同亚型和人类呼吸道感染样本进行验证。这项技术能够成功地富集鼻病毒,流感病毒和副流感病毒,并在样品包含多种类型的病毒时能保持化学计量的病毒比例,从而可模拟共感染。病毒捕获和检测仅花费了几分钟,并且富集了70倍。102 EID50/mL只需10即可完成检测 病毒捕获和检测仅花费了几分钟,并且富集了70倍。病毒特异性为90%。使用该设备富集后,测序结果证明,针对副流感的大量病毒特异性读数从4.1显著增加到31.8%,对于流感病毒从0.08显著增加到0.44%。结合拉曼病毒鉴定的这种富集方法构成了一个创新系统,可用于快速实时跟踪和监测病毒爆发。


VIRRION提供了一种多功能便携式微平台,可快速捕获病毒并通过SERS进行灵敏的原位识别。研究人员正在收集不同类型病毒的更多光谱数据来扩展拉曼数据库,以更好地表征未知病毒。捕获病毒是有活性的并且经过富集,因此可以为现有的标准病毒分析方法提供有效的样品前处理,包括培养细胞的病毒分离,免疫染色和NGS。使用该平台成功地从临床样本中捕获并检测了不同的人类呼吸道病毒。它的两个优势是:可以在短短几分钟内完成富集,以及具有与RT-qPCR相当的灵敏度,准确度达到70%至90%。

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