Nuevo método para desarrollar pruebas de diagnóstico podría ayudar a abordar futuras pandemias
Fig. 1: Programación de una ruta de amplificación isotérmica de ácido nucleico como un gráfico de reacción. Programación de una vía de amplificación isotérmica de ácido nucleico como un gráfico de reacción en el que el complejo de horquilla actúa como iniciador y codifica dos sitios de cebado en la región del bucle: (a) Un esquema para generar el mecanismo de estructura secundaria y el gráfico de reacción a partir del motivo de horquilla funcional. amplificación isotérmica mediada. Las letras a/s indican la complementariedad de la secuencia de ácido nucleico y los números representan fragmentos específicos en la estructura de horquilla funcional (p. ej., 2a es complementario de 2s). Durante su amplificación, el producto funcional de doble hebra con motivo de horquilla (caja azul) se desmonta (flechas sólidas) para formar productos de hebras con sentido (triángulo verde) y antisentido (cuadrado verde). La formación de productos autoplegables expone los sitios de cebado, lo que conduce a la hibridación de los cebadores y la extensión de la secuencia por la ADN polimerasa de desplazamiento de cadena (flechas discontinuas) para generar un amplicón de doble cadena. El amplicón se convierte entonces en el objetivo (o iniciador) de ciclos de amplificación adicionales a través de los circuitos S y A; b La cinética de reacción del mecanismo descrito en la Fig. 1a con diferentes longitudes de fragmento de bucle de 40 nt (cuadrados negros), 50 nt (disco rojo) y 60 nt (triángulo azul). Los datos se presentan como valores medios; las barras de error son la desviación estándar, N=3 experimentos independientes; c Secuenciación del producto (3a+1s+2s+3s) donde los productos de amplificación fueron digeridos (carril 1 en (d)), clonados y secuenciados, identificándose como repeticiones en tándem; d Electroforesis en gel de agarosa de los productos de amplificación. Carril L: escalera de 50 pb; Calle 1: producto de amplificación digerido por la enzima de restricción Xba I. Calle 2: producto de amplificación (con iniciador); Carril 3: producto de amplificación (sin iniciador). El gel es representativo de experimentos repetidos independientemente tres veces con resultados similares. Crédito: Nature Communications (2022). https://www.nature.com/articles/s41467-022-29101-1
El software que ayuda a acelerar el proceso de creación de nuevas pruebas de diagnóstico podría ayudar a combatir futuras pandemias, dicen sus desarrolladores.
Un equipo de bioingenieros y químicos en Escocia y China ha desarrollado un sistema que sugiere nuevas vías de reacción para acelerar el diseño y desarrollo de nuevos ensayos de diagnóstico.
El sistema, que ahora está disponible gratuitamente para otros investigadores de todo el mundo para investigar, adaptar y utilizar, también se puede utilizar para identificar las primeras etapas de enfermedades no infecciosas como el cáncer, lo que podría ayudar a los pacientes a recibir un tratamiento más oportuno.
En un nuevo artículo publicado hoy en la revista Nature Communications, investigadores de la Universidad de Glasgow en el Reino Unido y la Universidad Shanghai Jiao Tong en China describen cómo desarrollaron y demostraron la eficacia de su sistema.
Comenzaron desarrollando gráficos de reacción, representaciones de los procesos biomecánicos que permiten pruebas de diagnóstico rápido como la amplificación de cebado cruzado (CPA) y la amplificación de ADN mediada por bucle (LAMP).
A diferencia de las pruebas de reacción en cadena de la polimerasa, o PCR, que requieren acceso a laboratorios sofisticados operados por personal capacitado, las pruebas isotérmicas como LAMP pueden ofrecer resultados rápidos y precisos al crear interacciones entre los productos químicos y las hebras de ADN contenidas en el paciente. muestras y entregar resultados rápidos en el punto de atención.
Sin embargo, en muchos casos, esas pruebas rápidas están diseñadas y desarrolladas para un propósito específico, lo que puede introducir una complejidad innecesaria y dificultar que una prueba sea fácilmente adaptable para su uso en un diagnóstico diferente.
Los investigadores desarrollaron un enfoque más generalizable para la creación de nuevas pruebas, construyendo una herramienta de software capaz de convertir los gráficos de reacción en sugerencias sobre cómo se podrían usar los cebadores y las reacciones químicas para crear los resultados de diagnóstico deseados.
En el artículo, el equipo de investigación describe cómo probaron la eficacia del software usándolo para diseñar cebadores y reacciones químicas para cuatro pruebas de diagnóstico diferentes, tres para enfermedades infecciosas y una para el cáncer, una enfermedad no transmisible.
Crearon con éxito una prueba multiplexada para una forma de VIH con altos niveles de variaciones de secuencia, una prueba altamente sensible para tuberculosis y un estudio para analizar muestras clínicas de pacientes para detectar la presencia de hepatitis B.
También desarrollaron un ensayo para detectar secuencias cortas de miARN relevantes en el diagnóstico y pronóstico de cánceres, incluidos el carcinoma oral de células escamosas, el cáncer de mama y el glioma.
Usaron sus ensayos de diagnóstico recientemente diseñados para probar muestras derivadas de pacientes de laboratorios clínicos en China. Luego, confirmaron sus resultados usando pruebas de PCR separadas. Probaron sus resultados con los diagnósticos LAMP para las mismas enfermedades y descubrieron que sus resultados eran más específicos y reproducibles que las pruebas LAMP.
El profesor Jon Cooper, de la Escuela de Ingeniería James Watt de la Universidad de Glasgow, es el autor principal del artículo. El profesor Cooper dijo: «Hemos estado trabajando durante varios años en el desarrollo de pruebas isotérmicas para enfermedades como la malaria y la hepatitis C para su uso en partes del mundo donde el acceso confiable a las pruebas de PCR es limitado.
«En el transcurso de la construcción de esos sistemas de diagnóstico, quedó claro que también estábamos construyendo una comprensión de cómo podríamos hacer un enfoque más generalizable para las pruebas de biomarcadores específicos.
«Nuestro sistema programable automatiza una gran cantidad de el trabajo inicial de prueba y error que se dedica al desarrollo de nuevas pruebas, y hemos demostrado que se puede utilizar para diagnosticar de manera confiable una muestra representativa útil de enfermedades transmisibles y no transmisibles. Es un descubrimiento emocionante y sugiere muchas aplicaciones potenciales en medicina».
Dr. Julien Reboud, coautor del artículo de la Universidad de Glasgow, agregó: «La pandemia de COVID-19 le ha enseñado al mundo lo vitalmente importante que es desarrollar rápidamente diagnósticos precisos, sensibles y específicos para rastrear nuevas enfermedades y dirigir el tratamiento. .
«Nuestro sistema programable ofrece una nueva ruta para respaldar ese tipo de desarrollo de diagnóstico rápido. Estamos ansiosos por hacerlo lo más accesible posible para otros investigadores de todo el mundo, por lo que hemos hecho que todos nuestros gráficos y datos estén disponibles gratuitamente en línea. Esperamos que sea de utilidad real para investigadores y médicos en una amplia gama de aplicaciones, y esperamos ver las nuevas aplicaciones que encontrarán para el sistema».
Dr. Gaolin Xu, un coautor del artículo con sede en la Universidad Jiao Tong de Shanghai, agregó: «Durante mi Ph.D. en el grupo del profesor Cooper, desarrollé nuevas tecnologías para la detección de ADN. Siempre sentí que debería haber una mejor manera de desarrollar nuevos diseños de ensayos de diagnóstico. Cuando regresé a China, continué la colaboración con mis colegas en Escocia para desarrollar este nuevo y emocionante sistema de diagnóstico».
El artículo del equipo, titulado «Diseño programable de ensayos de diagnóstico de ácido nucleico isotérmico a través de métodos basados en abstracción Models», se publica en Nature Communications.
Explore más
Una posible prueba casera de COVID-19 es tan buena como las pruebas de PCR de laboratorio, según datos preclínicos Más información: Gaolian Xu et al, Diseño programable de ensayos de diagnóstico de ácido nucleico isotérmico mediante modelos basados en abstracción, Nature Communications (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-29101-1.www.nature.com/articles/s41467-022-29101 -1 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por la Universidad de Glasgow Cita: Nuevo método para desarrollar pruebas de diagnóstico podría ayudar a abordar futuras pandemias (28 de marzo de 2022) recuperado 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-method-diagno stic-tackle-future-pandemics.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.