Тесты на ковид предложили проводить в капсулах из-под кофе
Ученые из Нидерландов сконструировали из кофейной капсулы Nespresso систему для определения РНК коронавируса в пробе: для того, чтобы провести тест, от пользователя потребуется только кастрюля с водой. Свое устройство исследователи назвали «КороНаспрессо» — они считают, что охват тестированием на ковид был бы куда выше, если люди сами могли бы проводить диагностику в домашних условиях. Препринт доступен на портале ChemRxiv.
Считается, что если охватить тестированием на ковид десять процентов населения, можно будет эффективно контролировать распространение вируса в популяции. По всему миру открылись центры тестирования и стало понятно, что проблемы с логистикой встают на пути у быстрой и доступной диагностики. Образцы необходимо быстро собирать, их надо правильно хранить и отправлять к местам тестирования. Зачастую не хватает персонала, расходников и инструментов. Если бы у людей была возможность проводить тесты самостоятельно в домашних условиях, достигнуть заветную отметку было намного легче.
Однако простые тесты на антитела, доступные в аптеках, не подходят для диагностики заболевания на ранних этапах и недостаточно точны. Стандартный тест на ковид – полимеразную цепную реакцию (ПЦР) – нельзя передать неквалифицированному персоналу, потому что проведение ПЦР требует наличие определенных навыков у персонала и оборудования в лаборатории. Альтернативой ПЦР могла бы стать петлевая изотермическая амплификация (Loop-mediated isothermal amplification, LAMP).
В случае детекции SARS-CoV-2, и для ПЦР, и для LAMP первым шагом становится обратная транскрипция: информация с РНК коронавируса переводится в ДНК. Далее принцип LAMP, как и ПЦР, заключается в увеличении количества копий определенного участка ДНК в пробе за короткое время. Для ПЦР необходимы циклические изменения температуры и, соответственно, сложный прибор, который будет точно контролировать процесс. LAMP же проходит в условиях одного постоянного значения температуры, около 60-65 градусов Цельсия.
В смеси реакции для LAMP есть полимераза (фермент, который способствует синтезу ДНК) и шесть коротких одноцепочечных молекул ДНК (праймеров), которые указывают полимеразе, где начинать синтезировать новую цепочку. Праймеры для LAMP подобраны таким образом, что если в образце есть нужный участок ДНК, то после первых этапов реакции образуется много одноцепочечных копий этого участка, концы которых закольцованы сами на себя, образуя петли (отсюда и название – петлевая изотермическая амплификация). На эти петли опять «садятся» праймеры, которые запускают процесс снова и снова. В результате число копий в пробирке растет экспоненциально.
Доступного теста на ковид на основе этой технологии на рынке еще нет. Такой продукт должен быть дешевым, а его производство должно быть достаточно легким – потребуются миллионы копий в короткие сроки. Кроме того, эффективность тестирования не должна зависеть от навыков пользователя или требовать сложных устройств для контроля постоянной температуры. В удаленных регионах даже может понадобиться проведение тестирования в условиях отсутствия электричества. Обеспечивать необходимую температуру можно, например, при помощи материала, который выделяет тепло в процессе смены агрегатного состояния. Пока вещество кристаллизуется или плавится, в нем поддерживается одна и та же температура.
Ученые из Вагенингенского университета под руководством Витторио Заггиомо (Vittorio Saggiomo) сначала перебрали несколько вариантов нагревания образцов в домашних условиях – в духовых шкафах, посудомойках, – но не нашли оптимального варианта для проведения LAMP. Тогда исследователи сконструировали прибор для тестирования на ковид из алюминиевых капсул Nespresso, парафина с температурой плавления 63-65 градусов Цельсия и держателя, распечатанного на 3D-принтере. Алюминиевые капсулы из-под кофе прекрасно проводят тепло, и одна капсула вмещает 5-6 граммов выбранного в качестве грелки вещества. Эта масса топится в горячей воде около 25 минут, поддерживая постоянную температуру, и этого достаточно для проведения реакции.
Подготовка устройства проста: гранулированный материал грелки кладут в чистую кофейную капсулу и топят на водяной бане. В еще жидкую массу вставляют пробирки, чтобы в затвердевшей смеси остались отверстия для них. После застывания пробирки убирают, и готовую к использованию капсулу с твердым парафином можно хранить при комнатной температуре месяцами.
Использование КороНаспрессо также не требует особенных навыков: достаточно вставить пробирки с пробой в капсулу, а саму капсулу поместить в горячую водяную баню, снятую с огня. Грелка тает, поддерживая температуру 61-67 градусов Цельсия на протяжении 15 минут. Затем, несмотря на то, что вода начнет остывать, масса все еще будет поддерживать необходимую температуру: смесь твердеет при тех же 64 градусах Цельсия. Таким образом, грелка обеспечивает 25 минут реакции LAMP. Результат можно оценить невооруженным глазом – по цвету раствора в пробирке. В целях безопасности после тестирования ученые предлагают прокипятить пробы во все той же кастрюле, а потом спокойно утилизировать вместе с бытовыми отходами. Капсулы от кофе можно использовать повторно. Стоимость устройства авторы работы оценили в двадцать евроцентов.
Сами исследователи попробовали систему на трех положительных и трех отрицательных образцах. Результаты диагностики совпали с ПЦР-тестом. Ученые отмечают, что в дальнейшем понадобится подобрать оптимальные ферменты и праймеры для улучшения чувствительности теста, но это стандартный процесс для любого нового метода тестирования.
Ученые уже пробовали использовать многоразовые солевые грелки для реакции LAMP – растворы солей, которые быстро кристаллизуются, выделяя тепло. Таким образом исследователи пытались сделать более портативными тест-системы на микрочипах. Для ускорения диагностики ковида также предлагали использовать технологию CRISPR/Cas, считывая ответ при помощи камеры смартфона.
Вера Сысоева
Он может влиять на развитие большой депрессии, ПТСР и нервной анорексии
Немецким ученым удалось обнаружить причинную связь синдрома дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) с такими серьезными психическими заболеваниями как нервная анорексия, большое депрессивное расстройство (БДР) и поcттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР), а также суицидальными попытками. Отчет о работе опубликован в журнале BMJ Mental Health. СДВГ представляет собой распространенное расстройство нейроразвития, которое проявляется в детском возрасте и примерно в половине случаев продолжается во взрослой жизни. Им страдают примерно пять процентов детей (1–7 процентов в зависимости от критериев диагностики). Связь СДВГ с разнообразными психическими расстройствами и суицидом хорошо известна, однако она обычно расценивается как коморбидность, поскольку причинную связь в этом случае подтвердить весьма сложно. Для поиска потенциальных причинно-следственных связей Криста Майзингер (Christa Meisinger) и Деннис Фройер (Dennis Freuer) из Аугсбургского университета воспользовались методом менделевской рандомизации, в котором переменными служат генетические варианты, характерные для изучаемых состояний. В данном случае в качестве причинного фактора рассматривали СДВГ, а в качестве исходов — каждое из семи наиболее распространенных и социально значимых психических расстройств: шизофрению, биполярное расстройство, БДР, ПТСР, нервную анорексию, тревожное расстройство и как минимум одну суицидальную попытку. Связанные с этими заболеваниями генетические варианты для основного анализа авторы работы брали из результатов полногеномного поиска ассоциаций (GWAS), которые содержатся в базах данных проекта iPSYCH и Консорциума по психиатрической геномике (PGC). Сначала эти данные использовали для поиска возможных связей СДВГ с каждым из семи заболеваний, затем — для поиска потенциальных эффектов, ответственных за эти связи. Для выявления и исключения статистических выбросов применяли итеративный подход, для оценки воспроизводимости результатов анализ проводили отдельно для всех доступных GWAS (максимум двух) по каждому заболеванию. Полученные данные объединили в общий пул и рассчитывали общие и прямые эффекты СДВГ однопараметрически и многопараметрически соответственно. Генетическая предрасположенность к СДВГ оказалась независимо связана с повышенным риском нервной анорексии — отношение шансов (ОШ) 1,28; 95-процентный ДИ 1,11–1.47; p = 0,001. С БДР связь оказалась двунаправленной, причем в прямом направлении (СДВГ как причинный фактор БДР) слабее, чем в обратном (БДР как причинный фактор СДВГ) — ОШ 1,09; 95-процентный ДИ 1,03–1,15; p = 0,003 против ОШ 1,76; 95-процентный ДИ 1,50–2,06; p = 4×10−12. После введения поправки на влияние БДР и других кофакторов обнаружилась прямая причинная связь СДВГ с ПТСР (ОШ 1,18; 95-процентный ДИ 1,05–1,33; p = 0,007) и попыткой суицида (ОШ 1,30; 95-процентный ДИ 1,16–1,547; p = 2×10−5). Признаков взаимосвязи СДВГ с шизофренией, биполярным расстройством и тревожностью исследователи не выявили. Таким образом, СДВГ служит независимым фактором риска развития БДР, ПТСР, нервной анорексии и суицидальных наклонностей. В силу этого в клинической практике необходим мониторинг пациентов с СДВГ на признаки этих заболеваний, чтобы при необходимости своевременно принять меры их профилактики, пишут авторы работы. В 2020 году СДВГ стал первым заболеванием, для лечения которого в США официально одобрили видеоигру. Двумя годами позже финские, британские и французские исследователи продемонстрировали, что VR-игра может помочь в диагностике этого расстройства.