2020年新冠病毒病全球大流行开始时,韩国确诊病例数达到爆炸性峰值。这催生了快速、大规模诊断测试和隔离手段,以应对持续飙升的感染人数。为了取得突破,减轻有关当局和民众的担忧,必须提高诊断能力,并且在没有疫苗的情况下将感染者隔离,以降低死亡率。

在以往应对SARS(重症急性呼吸综合征)和MERS(中东呼吸综合征)等其他呼吸系统疾病的经验基础上,国家采取了多种措施,全力解决危机。在诊断方面,有两种方法比较常用,其中RT PCR(逆转录聚合酶链反应)是首选,也是现在最常用的新冠病毒病检测方法。

但实际上,RT PCR需要几小时才能检测出病毒,这导致很难立刻采取行动。还有一些其他新的等温核酸扩增技术可能会缩短检测时间,但它们仍缺乏临床验证,还存在供应问题。为了寻求有效的解决方案,来自联合国学术影响(UNAI)韩国成员机构延世大学的团队开发了一种名为“纳米PCR”的检测(POC)技术,能使用纳米材料在17分钟内准确检测出病毒。

该团队在基础科学研究所纳米医学研究组千振宇和李在铉教授,以及哈佛医学院李鹤虎教授的带领下,致力于利用广泛的科学知识和专业知识,提出创新方法对抗新冠病毒。尽管几种疫苗已经问世,但新冠病毒大流行仍在世界范围内造成了严重的社会经济后果。因此,需要找到一种方法,快速精准地识别出病毒,这一需求在日益增长。

根据世界卫生组织最近发布的临时指南,“新冠病毒病对实验室基础设施有大量的需求,且在各级医疗卫生系统中对病原体SARS-CoV-2检测能力的需求也在前所未有地提升。最近,实验室鉴定出可能导致表型特性突变的变体,我们称之为值得关注的变体(VOIs)和值得关切的变体(VOCs),这进一步体现了SARS-CoV-2的检测是疫情控制全球战略中的关键要素。”

根据这些思路,实验室提出了新方法,结合磁性和等离子材料,开发磁等离子纳米粒子(MPN),并将其应用于PCR。MPN的磁力能使样品分离,从而提取出病毒颗粒,等离子力能够放大颗粒,用于检测。因此,在MPN的双重功能下,只需再获取来自相关个体的极少量遗传物质就可以进行精确诊断。

研究组在实践中利用纳米PCR进行了临床实验。结果表明,分析一个患者样本只需要17分钟。150人的感染率得到精确检测,灵敏度和特异性水平与常规RT-PCR相当(~99%)。此外,通过使用摩天轮系统,可以一次加载多个样品,在旋转时多个样品依次通过激光加热,从而提高了整体分析量。由于纳米PCR小巧轻便(15x15x18.5cm,3kg),因此非常便于现场使用。

千教授表示,这项技术是通过“将现有PCR操作方式优化和小型化”实现的。他补充称:“我们希望它将来能够成为诊断包括新冠病毒病在内的各种病毒性疾病的有效工具。”值得一提的是,这项研究将特别有助于在变异病毒流行的情况下进行快速诊断测试,进行疫情防控。纳米PCR方法与现有的RT PCR技术具有相同的灵敏度和特异性。

这一案例体现出世界各地高等教育机构如何利用其资源为抗击全球大流行做出关键而重大的贡献,该校不仅贯彻了其知识社会责任的愿景,还致力于推进《2030年可持续发展议程》,特别是可持续发展目标3:良好的健康与福祉