En robust, lågkostnadsbildplattform som använder lab-on-a-chip-teknik skapad av University of California, Forskare från Irvine kan vara tillgängliga för snabb diagnostik av coronavirus och antikroppstester i hela landet i slutet av året.

UCI-systemet kan gå långt mot utbyggnaden av ett vaccin mot COVID-19 och mot att återuppta ekonomin, eftersom båda kräver omfattande testning för viruset och dess antikroppar. Än så länge, antikroppstestning i USA har varit för felaktig eller dyr för att nå de nödvändiga siffrorna.

Men UCI:s utredare Weian Zhao, Per Niklas Hedde, Enrico Gratton och Philip Felgner tror att deras nya teknik kan hjälpa till att påskynda testprocessen snabbt och överkomligt. Deras upptäckt visas i journalen Lab on a Chip , som ges ut av Royal Society of Chemistry.

"Vi måste testa miljontals människor om dagen, och vi är väldigt långt ifrån det, sa Hedde, en projektforskare inom läkemedelsvetenskap och studiens huvudförfattare. "Denna noggranna testplattform gör det möjligt för folkhälsotjänstemän att implementera individualiserade begränsningsstrategier som behövs för att säkert återöppna landet och ekonomin."

Hur det fungerar

Använda blod från ett fingerstick, UCI-testet undersöker hundratals antikroppssvar mot 14 luftvägsvirus, inklusive SARS-CoV-2, på bara två till fyra timmar. Att identifiera svar på virusinfektioner med symtom som liknar de för covid-19 kommer att hålla sjukhus fria från patienter med vanliga förkylningar och influensa.

Resultaten skrivs ut på en billig bildplattform. TinyArray-bildkameran kombinerar en 3-D-printad prototyp med en standard LED och en liten 5-megapixelkamera för att hitta markörer för många antikroppar samtidigt. Detta säkerställer precision som är lika med den för dyra bildsystem men gör plattformen tillräckligt portabel för att distribueras var som helst – till en kostnad av endast 200 USD.

Samma enhet kan också bearbeta resultaten av vanliga näsprover för SARS-CoV-2 så att patienter kan testas för COVID-19 och dess antikroppar på en enda plattform.

För närvarande, de flesta antikroppstester kontrollerar bara ett eller två antigener, de främmande ämnen som gör att kroppen producerar antikroppar.

"För en månad eller två sedan, tester ansågs ungefär som vilda västern, sa Zhao, professor i farmaceutisk vetenskap, och tillägger att de flesta SARS-CoV-2-antikroppstester är "bara inte korrekta."

System som testar för hela utbudet av antikroppar som krävs för tillförlitliga resultat kräver bildbehandlingsmaskiner som kostar $10, 000 till $100, 000 och är för skrymmande för utbredd användning. Områden utan resurser för att skaffa en av dessa maskiner måste skicka sina prover till externa laboratorier för testning, vilket innebär att resultaten tar dagar istället för timmar.

Stor påverkan

Storskaliga tester kommer att avgöra hur stor andel av befolkningen som hade covid-19 men aldrig visade symptom, vilket kommer att få stor inverkan på folkhälsan och beslut om återöppning.

"Tänk om det visar sig att en större andel av människorna i ett samhälle redan har smittats av viruset?" sa Zhao. "Detta betyder att du är närmare att uppnå flockimmunitet."

Och att förstå vilka antikroppar som produceras och hur länge de håller i sig kommer att vara nyckeln till att utveckla ett effektivt vaccin och administrera rätt dos. Detta kan vara avgörande i många år framöver om viruset muterar, kräver uppdateringar ungefär som årliga influensavaccinationer.

UCI-laget har redan genomfört 5, 000 tester i Orange County, och det slutliga målet är att testa 20, 000 prover per enhet per dag. Forskarna samarbetar med UCI-startups Velox Biosystems Inc. och Nanommune Inc. för att skala upp produktionen. De förväntar sig att TinyArray imager kommer att vara redo att distribueras över hela USA i slutet av 2020 och arbetar med forskare i Uruguay, Ryssland och Thailand för att utveckla liknande system för sina nationer.

"Det här skulle vara bra för ett låginkomstland, ", sa Hedde. "Eftersom apparatens material är billiga och lätta att få tag på, plattformen är lätt att tillverka och använda i områden med låga resurser, göra testning tillgänglig i världsskala."