คนส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกามีระดับการป้องกันภูมิคุ้มกันต่อ Covid-19 ในระดับหนึ่ง ไม่ว่าจะจากการฉีดวัคซีน การติดเชื้อ หรือทั้งสองอย่างรวมกัน แต่บุคคลใดได้รับความคุ้มครองเพียงไร?
นักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาแบบทดสอบที่ใช้งานง่ายซึ่งอาจตอบคำถามนั้นได้ การทดสอบของพวกเขาซึ่งใช้เทคโนโลยี “การไหลด้านข้าง” ประเภทเดียวกับการทดสอบแอนติเจนที่รวดเร็วที่สุดสำหรับ Covid-19 วัดระดับของแอนติบอดีที่ทำให้เป็นกลางที่กำหนดเป้าหมายไวรัส SARS-CoV-2 ในตัวอย่างเลือด
การเข้าถึงการทดสอบประเภทนี้อย่างง่ายดายสามารถช่วยให้ผู้คนตัดสินใจได้ว่าควรใช้มาตรการป้องกันแบบใดต่อการติดเชื้อโควิด เช่น การให้ยากระตุ้นเพิ่มเติม นักวิจัยกล่าว พวกเขาได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรเกี่ยวกับเทคโนโลยีและตอนนี้หวังว่าจะเป็นพันธมิตรกับบริษัทวินิจฉัยที่สามารถผลิตอุปกรณ์และขอการอนุมัติจาก FDA
Hojun Li, Charles W. และ Jennifer C. Johnson Clinical Investigator จากสถาบัน Koch Institute for Integrative Cancer Research ของ MIT กล่าวว่า “ในบรรดาประชากรทั่วไป หลายคนอาจต้องการทราบว่าพวกเขาได้รับการปกป้องที่ดีเพียงใด “แต่ฉันคิดว่าการทดสอบนี้อาจสร้างความแตกต่างได้มากที่สุดสำหรับใครก็ตามที่ได้รับเคมีบำบัด ใครก็ตามที่ใช้ยากดภูมิคุ้มกันสำหรับโรคไขข้อหรือโรคภูมิต้านตนเอง และสำหรับใครก็ตามที่เป็นผู้สูงอายุหรือไม่ได้รับการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่ดีโดยทั่วไป เหล่านี้คือทุกคนที่อาจจำเป็นต้องได้รับการกระตุ้นเร็วขึ้นหรือได้รับปริมาณมากขึ้นเพื่อให้ได้รับความคุ้มครองที่เพียงพอ”
การทดสอบนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถสับเปลี่ยนโปรตีนขัดขวางจากไวรัสต่างๆ ได้ ทำให้สามารถปรับเปลี่ยนเพื่อตรวจหาภูมิคุ้มกันต่อ SARS-CoV-2 ที่มีอยู่หรือในอนาคตได้
Li ซึ่งเป็นแพทย์ประจำศูนย์มะเร็งและความผิดปกติของเลือดเด็ก Dana-Farber/Boston เป็นผู้เขียนอาวุโสของการศึกษานี้ ซึ่งปรากฏทางออนไลน์ในวันนี้ในCell Reports Methods Guinevere Connelly อดีตช่างเทคนิคการวิจัยของสถาบัน Koch ซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ Duke University และ Orville Kirkland ผู้ร่วมสนับสนุนการวิจัยที่ Koch Institute เป็นผู้เขียนนำของบทความนี้
แบบทดสอบง่ายๆ
Li ซึ่งเข้าร่วม Koch Institute เมื่อฤดูใบไม้ร่วงปี 2019 ศึกษาการพัฒนาเซลล์เม็ดเลือดและวิธีที่เซลล์เม็ดเลือดกลายเป็นมะเร็ง เมื่อ SARS-CoV-2 เกิดขึ้น เขาเริ่มคิดหาวิธีช่วยต่อสู้กับโรคระบาด นักวิจัยอีกหลายคนกำลังดำเนินการทดสอบเพื่อวินิจฉัยการติดเชื้อ ดังนั้นเขาจึงหันไปสนใจการพัฒนาการทดสอบที่จะเปิดเผยว่ามีการป้องกันภูมิคุ้มกันจากเชื้อโควิด-19 ที่บุคคลหนึ่งได้รับมากเพียงใด
ในปัจจุบัน แนวทางมาตรฐานทองคำในการวัดภูมิคุ้มกันเกี่ยวข้องกับการผสมตัวอย่างเลือดกับไวรัสที่มีชีวิต และการวัดจำนวนเซลล์ในตัวอย่างที่ไวรัสฆ่า ขั้นตอนนั้นอันตรายเกินไปที่จะทำในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ ดังนั้นแนวทางที่ใช้บ่อยกว่านั้นเกี่ยวข้องกับอนุภาค “pseudoviral” ที่ดัดแปลงแล้วไม่ติดเชื้อ หรือขึ้นอยู่กับการทดสอบที่เรียกว่า ELISA (การทดสอบอิมมูโนดูดซับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์) ซึ่งสามารถตรวจจับแอนติบอดีที่ทำให้ชิ้นส่วนเป็นกลาง ของโปรตีนจากไวรัส
อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ยังคงต้องการบุคลากรที่ได้รับการฝึกอบรมซึ่งทำงานในห้องปฏิบัติการด้วยอุปกรณ์พิเศษ ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับใช้ในสำนักงานแพทย์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในทันที หลี่ต้องการคิดค้นบางสิ่งที่ผู้ให้บริการด้านสุขภาพหรือแม้แต่คนที่บ้านใช้ได้อย่างง่ายดาย เขาได้รับแรงบันดาลใจจากการทดสอบการตั้งครรภ์ที่บ้าน ซึ่งใช้การทดสอบประเภทหนึ่งที่เรียกว่าการทดสอบการไหลด้านข้าง
การทดสอบการไหลด้านข้างโดยทั่วไปประกอบด้วยแถบกระดาษที่ฝังด้วยเส้นทดสอบที่ผูกกับโมเลกุลเป้าหมายเฉพาะ หากมีอยู่ในตัวอย่าง เทคโนโลยีนี้เป็นพื้นฐานของการทดสอบอย่างรวดเร็วที่บ้านสำหรับ Covid-19
Li ไม่มีประสบการณ์ในการทำงานกับการทดสอบประเภทนี้ ดังนั้นเขาจึงติดต่ออาจารย์ของ MIT สองคนที่มีความเชี่ยวชาญในการกำหนดการวินิจฉัยตามการทดสอบการไหลด้านข้าง: Hadley Sikes รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและ Sangeeta Bhatia, John และ Dorothy Wilson ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีด้านสุขภาพและวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ และเป็นสมาชิกของ Koch Institute
ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ห้องปฏิบัติการของเขาได้พัฒนาอุปกรณ์ที่สามารถตรวจจับการมีอยู่ของแอนติบอดีที่ขัดขวางโดเมนการจับตัวรับ SARS-CoV-2 (RBD) จากการผูกมัดกับ ACE2 ซึ่งเป็นตัวรับของมนุษย์ที่ไวรัสใช้ในการแพร่เชื้อในเซลล์
ขั้นตอนแรกในการทดสอบคือผสมตัวอย่างเลือดมนุษย์กับโปรตีน RBD ของไวรัสที่ติดฉลากด้วยอนุภาคทองคำเล็กๆ ที่สามารถมองเห็นได้เมื่อผูกกับแถบกระดาษ หลังจากให้เวลาสำหรับแอนติบอดีในตัวอย่างเพื่อโต้ตอบกับโปรตีนของไวรัส ตัวอย่างสองสามหยดจะถูกวางบนแถบทดสอบที่ฝังด้วยสายทดสอบสองสาย
หนึ่งในสายเหล่านี้ดึงดูดโปรตีน RBD ของไวรัสฟรี ในขณะที่อีกสายหนึ่งดึงดูด RBD ใด ๆ ที่จับได้โดยการทำให้แอนติบอดีเป็นกลาง สัญญาณที่แรงจากบรรทัดที่สองบ่งชี้ว่ามีแอนติบอดีที่เป็นกลางในระดับสูงในตัวอย่าง นอกจากนี้ยังมีสายควบคุมที่ตรวจจับอนุภาคทองคำอิสระ ซึ่งยืนยันว่าสารละลายไหลผ่านแถบทั้งหมด
ในการพัฒนารีเอเจนต์ที่จำเป็นสำหรับการทดสอบ สมาชิกของแล็บของ Li ได้ทำงานร่วมกับห้องทดลองของ Angela Koehler รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพ และ Michael Yaffe ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ของ David H. Koch ซึ่งเป็นสมาชิกของ Koch Institute
ทำนายภูมิคุ้มกัน
นอกจากตลับทดสอบที่มีแถบทดสอบกระดาษแล้ว ชุดทดสอบยังมีมีดหมอเข็มนิ้วที่สามารถใช้เก็บตัวอย่างเลือดขนาดเล็กได้ ซึ่งน้อยกว่า 10 ไมโครลิตร ตัวอย่างนี้จะถูกผสมกับรีเอเจนต์ที่จำเป็นสำหรับการทดสอบ หลังจากผ่านไปประมาณ 10 นาที ตัวอย่างจะถูกเปิดเผยต่อคาร์ทริดจ์ทดสอบ และผลลัพธ์จะถูกเปิดเผยใน 10 นาที
ผลลัพธ์สามารถอ่านได้สองวิธี: วิธีแรก เพียงแค่ดูที่เส้น ซึ่งระบุว่ามีแอนติบอดีที่ทำให้เป็นกลางหรือไม่ หรือสามารถใช้อุปกรณ์เพื่อวัดระดับแอนติบอดีได้แม่นยำยิ่งขึ้น โดยใช้แอปสมาร์ทโฟนที่สามารถวัดความเข้มของแต่ละบรรทัดและคำนวณอัตราส่วนของโปรตีน RBD ที่เป็นกลางต่อโปรตีน RBD ที่ติดเชื้อได้ เมื่ออัตราส่วนนี้ต่ำ อาจแนะนำว่าจำเป็นต้องฉีดบูสเตอร์อีกช็อต หรือบุคคลนั้นควรระมัดระวังเป็นพิเศษเพื่อป้องกันการติดเชื้อ
นักวิจัยได้ทดสอบอุปกรณ์ของพวกเขาด้วยตัวอย่างเลือดที่เก็บได้ในเดือนธันวาคม 2020 จากผู้ป่วยประมาณ 60 รายที่ติดเชื้อ SARS-CoV-2 และ 30 คนที่ไม่ได้รับเชื้อ พวกเขาสามารถตรวจจับแอนติบอดีที่เป็นกลางในตัวอย่างจากคนที่ติดไวรัสก่อนหน้านี้ด้วยความแม่นยำคล้ายกับการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่มีอยู่ พวกเขายังทดสอบตัวอย่างต่อเนื่อง 30 ตัวอย่างจากคนสองคนก่อนที่พวกเขาจะได้รับวัคซีน mRNA Covid-19 และในหลายช่วงเวลาหลังการฉีดวัคซีน ระดับของแอนติบอดีที่ทำให้เป็นกลางในผู้ที่ได้รับวัคซีนนั้นสูงสุดประมาณเจ็ดสัปดาห์หลังจากให้ยาครั้งแรก จากนั้นเริ่มลดลงอย่างช้าๆ
การศึกษาก่อนหน้านี้ของ SARS-CoV-2 และไวรัสอื่นๆ ได้แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างปริมาณของแอนติบอดีที่ทำให้เป็นกลางที่ไหลเวียนในกระแสเลือดของแต่ละบุคคลกับโอกาสในการติดเชื้อ
การทดสอบสามารถปรับให้เข้ากับสายพันธุ์ต่างๆ ของ SARS-CoV-2 ได้อย่างง่ายดายโดยการแลกเปลี่ยนตัวทำปฏิกิริยาเฉพาะกับ RBD จากตัวแปรที่น่าสนใจ Li กล่าว ขณะนี้นักวิจัยหวังว่าจะได้ร่วมมือกับบริษัทวินิจฉัยโรคที่สามารถผลิตการทดสอบจำนวนมากและได้รับการอนุมัติจาก FDA สำหรับการใช้งาน
การวิจัยได้รับทุนสนับสนุนจาก Koch Institute Support (core) Grant จาก National Cancer Institute, American Society of Hematology Scholar Award, สถาบันสุขภาพแห่งชาติ และมูลนิธิ Charles and Marjorie Holloway
