Ett snabbt och korrekt sätt att testa för COVID-19-infektion skulle vara ett stort steg för att övervinna virusets grepp över vårt samhälle. Nu har japanska forskare utvecklat en lovande lösning:en ny plattform som kopplar nanoporeteknologi med artificiell intelligens. Artikeln "High-precision rapid testing of omicron SARS-CoV-2 variants in clinical samples using AI-nanopore," publicerades i Lab on a Chip .
Vad är en nanopore? En nanopore är ett litet hål i ett tunt substrat, ofta en kiselskiva. En nanopore kan variera från flera nanometer till flera hundra nanometer i diameter – en skala som är tillräckligt liten för att fungera med SARS-CoV-2, viruset som orsakar covid-19.
Kaoru Murakami, studiens huvudförfattare, förklarar, "Vår teknik innebär att titta på förändringar i den elektriska strömmen när olika material passerar genom små nanoporer. Med hjälp av artificiell intelligens kan vi förstå strukturen, volymen och ytladdningen hos olika material, inklusive virus."
SARS-CoV-2 är typiskt för många andra RNA-virus genom att det ständigt muterar och därigenom förändrar virusets egenskaper – inklusive infektionshastigheter och symtom. En ökända mutation av viruset, omicron-varianten, identifierades först i november 2021 och är känd för sin förmåga att spridas snabbt. En av de största utmaningarna för covid-19-testning hittills har varit att exakt bestämma närvaron eller frånvaron av nyligen muterade varianter i ett prov.
Således försökte forskarna först visa att deras plattform kunde upptäcka skillnader mellan sex olika varianter av SARS-CoV-2. Därefter undersökte de om deras plattform kunde identifiera SARS-CoV-2-stammar i 241 salivprover, insamlade från 132 personer infekterade med SARS-CoV-2 och 109 oinfekterade personer.
Plattformen kunde inte bara skilja mellan SARS-CoV-2-varianter, utan den kunde också bestämma förekomsten av omicron-varianten 100 % av tiden.
Forskarna antar att deras AI-drivna plattform upptäcker skillnader i de så kallade spikproteinerna (även kallade S-proteiner) som täcker ytan av coronavirus. Dessa proteiner, som tenderar att mutera mycket snabbt, binder till värdcellsreceptorer och spelar en avgörande roll för att penetrera värdceller.
Hittills har guldstandarden för SARS-CoV-2-detektion varit en metod som kallas RT-PCR (reverse transcription-polymerase chain reaction test).
"Precis som RT-PCR kan vår AI-nanopore-plattform upptäcka coronavirus med hög känslighet och specificitet. En stor fördel med vårt nanoporesystem är dock att det är mycket billigare och har potential att mäta ett större antal prover i en given tidsperiod", förklarar Masaaki Murakami, senior författare.
Fördelarna med detta system är inte specifika för SARS-CoV-2; andra RNA-virus tenderar också att ha höga mutationshastigheter, så denna plattform skulle kunna användas för att upptäcka virus som influensa. Den nya plattformen kan till och med snabbt anpassas för att testa för nästa nyuppkomna infektionssjukdom.
Mer information: Kaoru Murakami et al, Snabbtestning med hög precision av omicron SARS-CoV-2-varianter i kliniska prover med AI-nanopore, Lab on a Chip (2023). DOI:10.1039/D3LC00572K
Journalinformation: Lab on a Chip
Tillhandahålls av Osaka University
