ACS Nano：科学家开发出一种能直接测定HIV病毒载量的新型数字检测技术

一毫升血液中包含大约15个单独的血滴，对于HIV感染者而言，每滴血液中可能含有的病毒数量从不到20个拷贝到超过50万个拷贝不等，其被称之为病毒载量，这一指标能被被临床医生用来理解AIDS患者对抗病毒药物如何产生反应及监测其疾病的潜在进展。在病人接受治疗的过程中，比较耗时的病毒载量检测常常需要重复多次，近日，一篇发表在国际杂志ACS Nano上题为“STAMP-Based Digital CRISPR-Cas13a for Amplification-Free Quantification of HIV-1 Plasma Viral Loads”的研究报告中，来自宾夕法尼亚州立大学等机构的科学家们通过研究开发出了一种时间和成本效益较高的数字检测手段，其或能直接测定患者一滴血液中是否存在HIV病毒。

据研究者介绍，这种新型的数字检测技术能为多种感染性疾病的临床诊断工具开发提供重要的基础，传统的HIV病毒载量检测往往涉及从样本中提取遗传物质，对其进行扩增并与参考样本进行比较；称之为RT-PCR的金标准测试手段能对实际的病毒载量进行接近地估计，但其并不是一种直接的测定，于是研究者Guan等人在他们进行的测试中采取了一种更为直接的手段，名为STAMP（通过自动膜分离的自我数字化技术，Self-digitization Through Automated Membrane-based Partitioning），该技术相比RT-PCR更便宜、快速且需要的血液量较少。

研究者Guan说道，该技术的工作原理是这样的，我们首先从患者的血液中提取少量样本，随后对病毒RNA进行抽提，再讲RNA与名为Cas13的特定蛋白相混合，而Cas13是CRISPR系统的关键部分。CRISPR-Cas13是一种革命性的工具，其能帮助研究人员靶向作用并操控RNA序列；这项研究中，研究人员利用这项技术并不仅仅因为其具有强大的编辑能力，而是其诊断潜能，他们利用CRISPR-Cas13来检测并发出HIV存在的信号。

一旦RNA与Cas13进行结合的话，研究人员就会在混合物中放置一种纳米孔聚碳酸酯膜，其是一种非常容易获得的较薄的过滤器，这或许就使其能成为一种具有成本效益的材料。这种膜的纳米孔如此之小以至于其能将混合物分割成为仅含有单个RNA分子的单一液滴，该分子上还附着有Cas13蛋白，如果HIV存在于RNA分子中的话，Cas13蛋白（能被HIV的RNA所激活）就会切割报告分子，从而产生研究人员能检测到的信号分子。研究者指出，通过计算显示这种信号的液滴的数量，我们就能确定个体血液中HIV的水平，即携带这种信号的液滴的数量越多，病毒载量水平就越高。

研究人员利用合成性的HIV RNA测试了这种方法，以便在检测实验室血浆以及最终患者的血浆样本之前优化检测的敏感性和准确度，随后他们通过量化20名患者血浆样本中的HIV病毒载量验证了STAMP方法，其准确性与传统的RT-PCR方法相当，而RT-PCR手段通常需要更多的血液进行检测，因此目前研究人员正在研究来采集更多的血液样本继续他们的检测。

科学家开发出一种能直接测定HIV病毒载量的新型数字检测技术。

图片来源：ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c01917

此外，研究人员还发现，这种方法能针对每毫升血液中大约2000个或更高的HIV病毒拷贝进行准确地评估，当每毫升血液中的病毒不到1万个拷贝时，患者机体的病毒载量就被认为是较低的，而20个或更少的病毒拷贝是检测不到的，大约10万个病毒拷贝（也可能会超过100万个病毒拷贝）就被认为病毒载量较高。据研究者介绍，2000至10000个拷贝的检测范围对于临床医生监测患者机体病毒的反弹状况是非常重要的，接受抗逆转录病毒疗法（ART）疗法的患者能实现机体中的病毒水平无法被检测到，这意味着其不会再通过性行为进行病毒传播，但其机体中病毒水平的上升或许表明患者正在对抗逆转录病毒疗法产生耐药性或表现出其它问题。

研究者Guan说道，虽然该技术还需要进一步改进来增强其检测限并促使设置自动化，但基于STAMP的数字CRISPR方法或能显示出其促进HIV病毒载量监测的巨大潜力；研究者解释道，下一步他们还计划继续改进平台的效率和准确性从而对多种病毒进行量化检测，最终将这一设备推向市场应用。

综上，本文研究结果展示了一种新型的Cas13平台，其或能提供一种无扩增的病毒RNAs定量检测方法，通过使用诸如预浓缩等方法来进一步解决采样问题，这种新型平台或能进一步被用来定量测定一系列感染性疾病中的病毒载量。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Reza Nouri,Yuqian Jiang,Anthony J. Politza, et al. STAMP-Based Digital CRISPR-Cas13a for Amplification-Free Quantification of HIV-1 Plasma Viral Loads, ACS Nano (2023). DOI: 10.1021/acsnano.3c01917