Một bộ cảm biến mới không chỉ có thể phát hiện xem có virus hay không mà còn có thể biết được virus có làm lây nhiễm bệnh hay không - một điểm khác biệt quan trọng để virus lây lan. Cảm biến cũng cho kết quả tại chỗ mà không cần xử lý theo quy trình trong phòng thí nghiệm.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Illinois Urbana-Champaign và các cộng tác viên đã phát triển cảm biến, tích hợp các đoạn DNA được thiết kế đặc biệt và cảm biến nanopore, để nhắm mục tiêu và phát hiện các virus lây nhiễm trong vài phút mà không cần lấy mẫu xử lý trong phòng thí nghiệm như các quy trình khác. Họ đã chứng minh sức mạnh của cảm biến với hai loại virus chính gây nhiễm trùng trên toàn thế giới: adenovirus gây nhiễm đường hô hấp ở trẻ em và virus gây ra COVID-19.
Giáo sư Yi Lu, một giáo sư danh dự về hóa học, và Benito Marinas, một giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường, đồng dẫn đầu công trình với giáo sư Lijun Rong của Đại học Illinois Chicago; giáo sư Omar Azzaroni, Đại học Quốc gia La Plata ở Argentina; và María Eugenia Toimil-Molares, thuộc Trung tâm Nghiên cứu Ion nặng GSI Helmholtz ở Đức. Họ đã công bố những phát hiện của mình trên tạp chí Science Advances.
Cho biết người bệnh có khả năng lây nhiễm virus hay không
Ana Peinetti, tác giả thứ nhất của nghiên cứu, người đã thực hiện công trình nghiên cứu sau tiến sĩ tại Illinois cho biết: “Tình trạng lây nhiễm là thông tin rất quan trọng cho chúng ta biết bệnh nhân có bị lây nhiễm hay không, hoặc phương pháp khử trùng môi trường có hiệu quả hay không”.
“Cảm biến của chúng tôi kết hợp hai thành phần chính: các phân tử DNA có độ đặc hiệu cao và công nghệ nanopore có độ nhạy cao. Chúng tôi đã phát triển các phân tử DNA đặc hiệu cao này, được đặt tên là aptamers, không chỉ nhận dạng được virus mà còn có thể phân biệt tình trạng lây nhiễm của virus”, cô nói.
“Tiêu chuẩn vàng” hiện nay của việc phát hiện virus, xét nghiệm PCR phát hiện vật chất di truyền của virus nhưng không thể phân biệt một mẫu có khả năng lây nhiễm hay không hoặc xác định một người có khả năng lây nhiễm hay không. Các nhà nghiên cứu cho biết, điều này có thể khiến việc theo dõi và ngăn chặn sự bùng phát virus trở nên khó khăn hơn.
“Với virus gây ra COVID-19, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng mức độ RNA của virus có mối tương quan với khả năng lây nhiễm của virus. Trong giai đoạn đầu khi một người mới bị nhiễm, RNA của virus thấp và khó phát hiện, nhưng người đó rất dễ gây ra lây lan cho cộng đồng”, ông Lu nói.
Ông Lu cho biết thêm: “Khi một người bình phục và không bị lây nhiễm, mức RNA của virus vẫn có thể rất cao. Các xét nghiệm kháng nguyên cũng theo một mô hình tương tự, mặc dù biết được mức độ RNA của virus. Do đó, xét nghiệm RNA của virus và kháng nguyên đều kém trong việc thông báo liệu virus có lây nhiễm hay không. Nó có thể dẫn đến việc điều trị hoặc cách ly bị trì hoãn, hoặc phóng thích sớm những người vẫn có thể bị lây nhiễm từ các khu vực cách ly tập trung".
-
- Tương lai sẽ không cần lấy mẫu xét nghiệm như thế này nữa. (Ảnh minh họa: VGP)
Cho kết quả tại chỗ về khả năng lây nhiễm của virus, chỉ sau 30 phút đến 2 giờ
Các xét nghiệm phát hiện virus có khả năng lây nhiễm, được gọi là xét nghiệm vết tan, có tồn tại nhưng cần có sự chuẩn bị đặc biệt và thời gian ủ bệnh để đưa ra kết quả. Các nhà nghiên cứu cho biết rằng phương pháp xét nghiệm bằng cảm biến mới có thể mang lại kết quả sau 30 phút đến hai giờ và vì nó không cần lấy các mẫu xử lý trước, nên nó có thể được sử dụng đối với các loại virus không cần phát triển trong phòng thí nghiệm.
Có thể phân biệt virus lây nhiễm với virus không truyền nhiễm, là điều quan trọng không chỉ để chẩn đoán nhanh bệnh nhân đang ở giai đoạn đầu của nhiễm trùng hoặc những người vẫn còn lây nhiễm sau khi điều trị, mà còn được sử dụng để giám sát môi trường, Giáo sư Marinas cho biết.
Ông nói: “Chúng tôi chọn adenovirus ở người để chứng minh cảm biến của mình vì nó là một mầm bệnh virus lây qua đường nước đang được quan tâm ở Hoa Kỳ và trên toàn thế giới. Khả năng phát hiện adenovirus lây nhiễm khi có sự hiện diện của virus không bị lây nhiễm bởi chất khử trùng nước và các chất nền có khả năng gây nhiễu khác trong nước thải và nước tự nhiên bị ô nhiễm, cung cấp một cách tiếp cận mới lạ chưa từng có. Chúng tôi nhận thấy tiềm năng của công nghệ này để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng một cách chắc chắn hơn”.
Ứng dụng để xét nghiệm nhiều loại virus khác
Các nhà nghiên cứu cho biết, kỹ thuật cảm biến có thể được áp dụng cho các loại virus khác bằng cách điều chỉnh DNA để nhắm vào các mầm bệnh khác nhau. Các aptamer DNA được sử dụng trong cảm biến có thể được sản xuất dễ dàng bằng các bộ tổng hợp DNA có sẵn rộng rãi, tương tự như các đầu dò RNA được sản xuất cho các xét nghiệm PCR. Lu, hiện là giáo sư tại Đại học Texas, Austin, cho biết cảm biến nanopore cũng có sẵn trên thị trường, giúp cho kỹ thuật cảm biến có thể mở rộng một cách dễ dàng.
Các nhà nghiên cứu đang làm việc để cải thiện hơn nữa độ nhạy và tính chọn lọc của cảm biến, đồng thời tích hợp aptamers DNA của chúng với các phương pháp phát hiện khác, chẳng hạn như que thăm thay đổi màu sắc, cảm biến để hoạt động với điện thoại thông minh, mà không cần các thiết bị đặc biệt. Với khả năng phân biệt virus không lây nhiễm với virus lây nhiễm, các nhà nghiên cứu cho biết họ hy vọng công nghệ của họ cũng có thể hỗ trợ tìm hiểu các cơ chế lây nhiễm virus.
Marinas cho biết: “Ngoài ra, công nghệ aptamer có thể được phát triển thành các nền tảng đa kênh để phát hiện các mầm bệnh virus lây lan qua đường nước gây lo ngại về sức khỏe môi trường và cộng đồng, chẳng hạn như norovirus và enterovirus, hoặc các biến thể của virus gây ra COVID-19”, Marinas nói.
Theo Đại học Illinois
