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研究人员准备用于人体测试的COVID-19诊断

随着越来越多的Covid-19病例在美国和世界各地出现,对快速,易于使用的诊断测试的需求变得越来越紧迫。从麻省理工学院分出来的一家新兴公司现在正在基于纸质测试,该测试基于麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)开发的技术,可以在半小时内得出结果。

研发该测试的位于剑桥的E25Bio现在正准备将其提交给FDA进行“ 紧急使用授权 ”,该授权将在公共卫生紧急情况下临时批准将该设备用于患者样品。

在麻省理工学院附近的其他地方,其他几个研究小组正在开展一些项目,这些项目可能有助于进一步的科学家了解如何传播以及如何预防感染。他们的工作涉及从诊断和疫苗开发到更传统的疾病预防措施(如远离社会和洗手)的领域。

更快的诊断

新的E25Bio诊断程序背后的技术是由IMES的Hermann LF von Helmholtz教授Lee Gehrke及其实验室的其他成员开发的,其中包括曾任IMES研究科学家的Irene Bosch(现任E25Bio的首席技术官)。

在过去的几年中,Gehrke,Bosch和其他实验室人员一直在研究诊断设备,这些设备的工作原理类似于妊娠试验,但可以从患者样品中鉴定出病毒蛋白。研究人员使用了这种称为侧向流动技术的技术来对埃博拉病毒,登革热和寨卡病毒以及其他传染病进行检测。

测试由覆盖了与特定病毒蛋白结合的抗体的纸条组成。第二种抗体附着在金纳米颗粒上,然后将患者的样品添加到这些颗粒的溶液中。然后将测试条浸入该溶液中。如果存在病毒蛋白,它会附着在纸条上的抗体以及与纳米颗粒结合的抗体上,并在20分钟内在纸条上出现色斑。

当前,有两种主要类型的Covid-19诊断可用。一种这样的测试筛选患者血液样本中的抗病毒抗体。但是,通常直到症状开始几天后才能检测到抗体。另一种测试类型是在痰液样本中寻找病毒DNA。这些测试可以在感染的早期检测出病毒,但是它们需要聚合酶链反应(PCR),该技术可将DNA量扩增到可检测的水平,并且需要花费数小时才能完成。

盖尔克说:“我们的希望是,与我们开发的其他测试类似,这将在出现症状的那天就可以使用。” “我们不必等待该病毒的抗体出现。”

如果美国食品和药物管理局(US Food and Drug Administration)授予紧急授权,则E25Bio可以开始使用患者样品进行诊断测试,而他们尚无法做到。盖尔克说:“如果成功了,那么下一步就是谈论将其用于实际的临床诊断。”

他补充说,这种方法的另一个优点是可以轻松,廉价地大量生产纸质测试。

RNA疫苗

2月24日,就在报道了美国首例病例后仅一个月,总部位于剑桥的生物技术公司Moderna宣布已准备好实验性疫苗进行测试。麻省理工学院化学工程学教授丹尼尔·安德森(Daniel Anderson)说,这种迅速的转变归因于RNA疫苗的独特优势,尽管不是专门针对,他也致力于此类疫苗的研究。

安德森说:“信使RNA的一个主要优点是可以快速识别新序列并使用它来提出新疫苗。”

传统疫苗由病毒形式的失活形式组成,可诱导免疫反应。但是,这些疫苗通常需要很长时间才能生产,对于某些疾病,它们的风险太大。由信使RNA组成的疫苗是一种引人注目的替代品,因为它们诱导宿主细胞产生它们所编码蛋白质的许多拷贝,从而引起比自身传递的蛋白质更强的免疫反应。

只要知道编码蛋白质的序列,RNA疫苗也可以快速重新编程以靶向不同的病毒蛋白质。迄今为止,开发此类疫苗的主要障碍是找到有效且安全的方式进行疫苗接种。安德森(Anderson)的实验室多年来一直在研究这种策略,最近的一项研究表明,将此类疫苗包装到一种特殊的脂质纳米颗粒中可以增强它们产生的免疫反应。

“信使RNA可以编码病毒抗原,但是为了起作用,我们需要找到一种方法将这些抗原传递到身体的正确部位,以便它们得以表达并产生免疫反应。我们还需要确保疫苗会引起适当的免疫刺激,从而产生强烈反应。”安德森说。

美国国家过敏和传染病研究所(NIAID)主任安东尼·福西(Anthony Fauci)估计,至少要花费12到18个月才能完全测试任何潜在的Covid-19疫苗的安全性和有效性。

保持距离

在过去的十年中,麻省理工学院疾病传播流体动力学实验室副教授Lydia Bourouiba致力于表征和建模各种规模的传染病动力学和传播。通过实验室和临床环境中的实验,她报告说,当一个人咳嗽或打喷嚏时,他们不会散发出一滴液滴,液滴会迅速落到地面并蒸发,就像科学家曾经想过的那样。取而代之的是,它们会产生一团复杂的热湿空气云,将各种大小的液滴聚集在一起,从而比空气中的任何单个液滴更容易推动液滴通过空气。

平均而言,她的实验表明,咳嗽最多可以传播13到16英尺的水滴,而打喷嚏最多可以传播26英尺的水滴。周围的空气状况可进一步将残留的水滴散布在房间的较高楼层。

Bourouiba指出,高速气云的存在与该云可能包含的生物或病原体的类型无关。其内的液滴取决于病原体的特性以及患者的生理状况,这是她的实验室在流感背景下致力于破译的组合。她现在正在将研究和建模扩展到Covid-19,并说现在是投资研究的关键时刻。

她说:“这种病毒将在我们身上停留一段时间。当然,数据表明,这种病毒不会在天气变化时突然消失。” “安全,预防措施和行动之间存在良好而重要的平衡,这对于推动并立即加速进行研究至关重要,因此很重要,因此我们可以为在未来最严重的几周和几个月内的行动做好更好的准备和通知。大流行将会爆发。”

她还与其他人一起研究评估限制云散布和慢速Covid-19向共享空间中的医护人员和其他人传播的方法。她说:“外科口罩不能防止从云中吸入病原体。” “对于戴着它的受感染患者,它可能包含一些来自咳嗽或打喷嚏的前向排出物,但这些都是非常剧烈的排出物,在所有侧面都完全开放,并且流体流经阻力最小的路径。”

根据这些数据,她建议医护人员在可能的情况下考虑佩戴呼吸器。而且,对于一般公众来说,Bourouiba强调,在当地感染COVID-19的风险仍然相对较低,应该在社区范围内考虑该风险。

洗那些手

保护自己免受所有那些微小的传染性飞沫的另一个好方法是洗手。(再次,一次又一次。)

麻省理工学院的土木和环境工程以及地球,大气和行星科学教授鲁本·胡安斯(Ruben Juanes)于12月发表了一项研究,表明提高关键机场洗手率对遏制流行病蔓延的重要性。他说,现在,在发生Covid-19疫情之后,世界各国政府对出行实施了前所未有的限制,包括关闭机场和暂停航线。

同时,世界卫生组织,美国疾病控制中心和许多其他卫生机构都建议将手卫生作为预防疾病传播的第一预防措施。“根据我们最近的有关手卫生对全球疾病传播的影响的论文,”胡安斯说,“我们现在正在研究限制人类出行和加强与手卫生接触对COVID-19在全球范围内传播的综合影响。世界航空运输网络。”

Juanes说他和Christos Nicolaides博士。'14是先前研究的主要作者,塞浦路斯大学的一位教授,他正在研究“细粒度的全球航空运输数据,这些数据涵盖了2020年1月15日至今天的所有航班(计及关闭/取消的费用)和2019年同期(基本水平),以通过详细的流行病学模型阐明旅行限制对Covid-19全球传播的作用。”

“此外,”他补充说,“我们在出行限制的基础上模拟了机场的不同手部卫生策略,目的是提出一种将出行限制和增强的手部卫生相结合的最佳策略,以缓解Covid-19在这方面的进步。短期(几周)和长期(下一个流感季节)。”

Juanes表示,他们将通过medarXiv立即提供结果,而这项工作将在期刊上进行同行评审。他说,这也将使信息更及时地到达其他学术和政府机构。

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