關於雅培五分鐘新冠檢測神器,你想了解的一切都在這裡(一)

3月27日雅培(Abbott)研發的ID NOW COVID-19 test獲得了美國FDA的緊急使用授權(emergency use authorization,EUA),這是目前最快速的COVID-19核酸檢測試劑,陽性結果最快可在5分鐘內獲得,陰性結果可在13分鐘內確認。

在美國總統川普的強勢安利下,這款神器瞬間刷屏,有人認為這是美國高科技的象徵;有人認為其靈敏度不如國產試劑盒,遠稱不上神器二字;有人認為它沒有很好的control所以假陰性比例高;有人認為利用這款儀器月測500萬是吹牛;有人分不清核酸檢測和抗體檢測,認為我國二月份就有5分鐘檢測試劑了。那麼ID NOW到底怎麼樣?時隔兩週關於它的介紹還是寥寥無幾。本文將從ID NOW的歷史、設備、試劑組成、操作流程、性能原理方面進行全面介紹。

ID NOW的前世今生

2000年Ionian公司成立,3年後該團隊在PNAS發表了名為"Isothermal reactions for the amplification of oligonucleotides."的文章,首次介紹了缺口內切酶擴增技術。隨後該技術被應用於甲型乙型流感(Influenza A&B),A族鏈球菌(Strep A),呼吸道合胞病毒(respiratory syncytial virus)的檢測上。

2010年Alere收購Ionian公司,並於2014年在歐洲推出了Influenza A&B的商品化檢測試劑。

2017年雅培收購Alere,並將該檢測正式更名為ID NOW,作為雅培診斷部門快速診斷業務的一部分。

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一切的起源,2003年PNAS

ID NOW COVID-19的基本介紹:

檢測樣本:鼻拭子(Nasal Swab)、咽拭子(Throat Swab)和鼻咽拭子(Nasopharyngeal Swab)劃重點!不是血!是測病毒RNA,不是測抗體!

檢測平臺:ID NOW平臺,這個儀器只有一臺烤麵包機大小,重約3公斤,適用於進行POCT(Point-of-Care Testing,床旁檢測或即時檢測)。

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ID NOW檢測平臺


試劑盒內容:

擴增室:橙色部件,包含兩個裝有凍幹試劑的密封反應管,用於靶向擴增SARS-CoV-2核酸和一個內參對照(internal control)。是設有內參對照的,但是具體怎樣質控缺少細節

樣品容器:藍色部件,含2.5 mL洗脫/裂解緩衝液。ID NOW不需要專門的核酸提取步驟

轉運裝置:白色部件,用來從樣品容器轉移2 x 100μL樣本到擴增室。

無菌拭子、陽性對照拭子、陰性對照拭子

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ID NOW 試劑盒成分

具體流程:

簡單說就是將拭子在樣品容器中(含有2.5 mL洗脫/裂解緩衝液)涮一涮,之後用轉運裝置吸取2 x 100μL加入到擴增室的PCR管中(僅含有凍乾的試劑)進行擴增反應。整個過程不需要用到試管架和移液槍、且不需要專門的核酸提取步驟,這與real-time PCR是不同的(後續LOD的理解涉及這部分內容)。

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ID NOW 操作流程

檢測原理:

設計引物利用缺口內切酶擴增技術(nicking endonuclease amplification reaction ,NEAR)技術特異性擴增RdRp片段的一部分(具體是哪段缺乏細節),擴增倍數可達108-1010,利用熒光標記的分子信標特異性地識別每個擴增的RNA靶標,ID NOW平臺監測熒光信號的積聚,達到閾值即顯示為陽性,未達到則為陰性。

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擴增子靶點在新冠狀病毒基因組上的相對位置,GenBank NC_004718


NEAR的原理

由於COVID-19技術原理的細節還沒有披露,這裡以同樣為RNA病毒的流感病毒檢測為例:

NEAR反應體系包括:2個引物、3個酶(逆轉錄酶、DNA聚合酶以及nicking核酸內切酶)、熒光標記分子信標。

具體是哪種酶呢?2009年的US2009/0017453A1專利中是這樣描述的,聚合酶從以下聚合酶中挑選一種或幾種:Bst(大片段)、9oN、VentR(exo-)DNA聚合酶、Therminator和TherminatorⅡ。nicking核酸內切酶從以下挑選一種或幾種:Nt.BspQⅠ、Nb.BbvCi、Nb.BbsmⅠ、Nb.BbsrDⅠ、Nb.BtsⅠ、Nt.AlwⅠ、Nt.BbvCⅠ、Nt.BstNBⅠ、Nt.CvipⅡ、Nb.Bpu10Ⅰ和Nt.Bpu10Ⅰ。

具體到流感病毒的檢測,沒有細節詳細說是哪種,但是根據酶切位點在NNNN之後,推測是Nt.BstNBⅠ,因為它的酶切位點也是4個N之後。

NEAR的原理簡單概括就是

首先利用逆轉錄酶以RNA單鏈為模板合成DNA單鏈,正向引物和反向引物分別與模板結合延伸並在nicking內切酶的作用下形成正向引物和反向引物框定的正向引物+X+Y+反向引物的NEAR擴增二聚體。之後以此為模板,每輪由nicking內切酶在單鏈上切開缺口,DNA聚合酶侵入延伸形成新的雙鏈,如此往復(B3a)。而切下的單鏈XY或X'Y'模板也可以與新的引物結合在DNA聚合酶作用下延伸,進入切口延伸的循環(B4a)在不斷的延伸、切除、延伸循環中實現XY和X'Y'模板的指數級擴增。

1、NEAR擴增二聚體的形成

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NEAR擴增二聚體的形成


2、產物指數擴增:

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在延伸、切除、延伸循環中,產物指數擴增


以上就是有關ID NOW COVID-19 test的介紹。第二部分將就圍繞ID NOW的一些爭議進行討論。

參考文獻:

1. Isothermal reactions for the amplification of oligonucleotides. PNAS, 2003

2. Evaluation of Alere i Influenza A&B for Rapid Detection of Influenza Viruses A and B. JCM,2014

3. Amplification litigation. Clinical Omics,2019

4. Nicking and extension amplification reaction for the exponential amplification of nucleic acids. US20090017453A1, 2009

5. www.abbott.com


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