Большинство людей в Соединенных Штатах имеют некоторую степень иммунной защиты от COVID-19 либо в результате вакцинации, инфекции, либо в результате их сочетания. Но насколько велика защита любого отдельного человека?
Исследователи Массачусетского технологического института разработали простой в использовании тест, который может ответить на этот вопрос. Их тест, в котором используется тот же тип технологии «латерального потока», что и в большинстве экспресс-тестов на антигены COVID-19, измеряет уровень нейтрализующих антител, нацеленных на вирус SARS-CoV-2, в образце крови .
Исследователи говорят, что легкий доступ к такого рода тестам может помочь людям определить, какие меры предосторожности они должны принять против инфекции COVID, например, сделать дополнительную бустерную прививку. Они подали заявку на патент на технологию и теперь надеются сотрудничать с диагностической компанией, которая могла бы производить устройства и получить одобрение FDA.
«Среди населения в целом многие люди, вероятно, хотят знать, насколько хорошо они защищены», — говорит Ходжун Ли, клинический исследователь Чарльза В. и Дженнифер С. Джонсон в Институте интегративных исследований рака им. Коха Массачусетского технологического института. «Но я думаю, что этот тест может иметь наибольшее значение для тех, кто получает химиотерапию, для тех, кто принимает иммуносупрессивные препараты для лечения ревматологических заболеваний или аутоиммунных заболеваний, а также для тех, кто пожилой или у кого нет хорошего иммунного ответа в целом. всем людям, которым может потребоваться более ранняя бустерная иммунизация или дополнительные дозы для достижения адекватной защиты».
Исследователи говорят, что тест разработан таким образом, чтобы можно было заменять различные белки вирусных шипов, что позволяет модифицировать его для выявления иммунитета против любого существующего или будущего варианта SARS-CoV-2.
Ли, который также является лечащим врачом в Детском центре рака и заболеваний крови Дана-Фарбер/Бостон, является старшим автором исследования, которое опубликовано сегодня в сети Cell Reports Methods . Ведущими авторами статьи являются Гвиневер Коннелли, бывший научный сотрудник Института Коха, ныне аспирант Университета Дьюка, и Орвилл Киркланд, научный сотрудник Института Коха.
Простой тест
Ли, которая присоединилась к Институту Коха осенью 2019 года, изучает развитие клеток крови и то, как клетки крови становятся раковыми. Когда появился SARS-CoV-2, он начал думать о способах борьбы с пандемией. Многие другие исследователи уже работали над диагностическими тестами на инфекции, поэтому он обратил свое внимание на разработку теста, который показал бы, насколько у человека иммунная защита от COVID-19.
В настоящее время золотой стандарт подхода к измерению иммунитета включает смешивание образца крови с живым вирусом и измерение количества клеток в образце, убитых вирусом. Эта процедура слишком опасна для выполнения в большинстве лабораторий, поэтому наиболее часто используемые подходы включают неинфекционные модифицированные «псевдовирусные» частицы или основаны на тесте под названием ELISA ( иммуноферментный анализ ), который может обнаруживать антитела, нейтрализующие фрагмент вирусного белка.
Однако для этих подходов по-прежнему требуется обученный персонал, работающий в лаборатории со специализированным оборудованием, поэтому их нецелесообразно использовать в кабинете врача для получения немедленных результатов. Ли хотел придумать что-то, что могло бы быть легко использовано поставщиком медицинских услуг или даже людьми в домашних условиях. Он черпал вдохновение из домашних тестов на беременность, которые основаны на типе теста, называемом анализом бокового потока.
Анализы с латеральным потоком обычно состоят из бумажных полосок, на которые нанесены тестовые линии, которые связываются с определенной молекулой-мишенью, если она присутствует в образце. Эта технология также лежит в основе большинства домашних экспресс-тестов на COVID-19.
У Ли не было опыта работы с тестами такого типа, поэтому он обратился к двум преподавателям Массачусетского технологического института, имеющим опыт разработки диагностики на основе анализов латерального потока: Хэдли Сайкс, доценту химического машиностроения, и Сангите Бхатиа, Джону и Дороти. Уилсон, профессор медицинских наук и технологий, а также электротехники и компьютерных наук, член Института Коха.
С их помощью его лаборатория разработала устройство, которое может обнаруживать присутствие антител, которые блокируют связывание домена связывания рецептора SARS-CoV-2 (RBD) с ACE2, человеческим рецептором, который вирус использует для заражения клеток.
Первым шагом в тесте является смешивание образцов крови человека с вирусным белком RBD, который был помечен крошечными золотыми частицами, которые можно визуализировать, прикрепив к бумажной полоске. По прошествии времени, необходимого для взаимодействия антител в образце с вирусным белком, несколько капель образца помещают на тест-полоску с двумя тест-полосками.
Одна из этих линий притягивает свободные вирусные белки RBD, а другая притягивает любые RBD, захваченные нейтрализующими антителами. Сильный сигнал второй линии указывает на высокий уровень нейтрализующих антител в образце. Также имеется контрольная линия, которая обнаруживает свободные частицы золота, подтверждая, что раствор протекал по всей полосе.
Чтобы разработать реагенты, необходимые для теста, сотрудники лаборатории Ли работали с лабораториями Анжелы Келер, доцента биологической инженерии, и Майкла Яффе, профессора естественных наук Дэвида Х. Коха, которые оба являются членами Института Коха.
Прогнозирование иммунитета
Наряду с картриджем для тестирования, который содержит бумажную тест-полоску, в набор для тестирования также входит ланцет для прокола пальца, который можно использовать для получения небольшого образца крови, менее 10 микролитров. Затем этот образец смешивают с реагентами, необходимыми для теста. Примерно через 10 минут образец подвергается воздействию тестового патрона, и результаты становятся известны через 10 минут.
Вывод можно прочитать двумя способами: во-первых, просто взглянув на строки, которые указывают, присутствуют ли нейтрализующие антитела или нет. Или устройство можно использовать для более точного измерения уровня антител с помощью приложения для смартфона, которое может измерять интенсивность каждой линии и рассчитывать соотношение нейтрализованного белка RBD к белку инфекционного RBD. Когда это соотношение низкое, это может означать, что необходима еще одна бустерная прививка или что человек должен принять дополнительные меры предосторожности для предотвращения инфекции.
Исследователи протестировали свое устройство с образцами крови, собранными в декабре 2020 года примерно у 60 человек, которые были инфицированы SARS-CoV-2, и у 30 человек, которые не были инфицированы. Им удалось обнаружить нейтрализующие антитела в образцах от людей, ранее инфицированных вирусом, с точностью, аналогичной существующим лабораторным тестам. Они также протестировали 30 серийных образцов от двух человек до того, как они получили мРНК-вакцину против COVID-19, и в несколько моментов времени после вакцинации. Уровень нейтрализующих антител у вакцинированных лиц достиг пика примерно через семь недель после первой дозы, а затем начал медленно снижаться.
Предыдущие исследования SARS-CoV-2 и других вирусов показали сильную корреляцию между количеством нейтрализующих антител, циркулирующих в кровотоке человека, и вероятностью заражения.
По словам Ли, тест можно легко адаптировать к различным вариантам SARS-CoV-2, заменив реагент, специфичный для RBD, из интересующего варианта. Теперь исследователи надеются сотрудничать с диагностической компанией, которая сможет производить большое количество тестов и получить одобрение FDA на их использование.
