一毫升血液中包含大約15個單獨的血滴，對于HIV感染者而言，每滴血液中可能含有的病毒數(shù)量從不到20個拷貝到超過50萬個拷貝不等，其被稱之為病毒載量，這一指標(biāo)能被被臨床醫(yī)生用來理解AIDS患者對抗病毒藥物如何產(chǎn)生反應(yīng)及監(jiān)測其疾病的潛在進(jìn)展。在病人接受治療的過程中，比較耗時的病毒載量檢測常常需要重復(fù)多次，近日，一篇發(fā)表在國際雜志ACS Nano上題為“STAMP-Based Digital CRISPR-Cas13a for Amplification-Free Quantification of HIV-1 Plasma Viral Loads”的研究報告中，來自賓夕法尼亞州立大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究開發(fā)出了一種時間和成本效益較高的數(shù)字檢測手段，其或能直接測定患者一滴血液中是否存在HIV病毒。

據(jù)研究者介紹，這種新型的數(shù)字檢測技術(shù)能為多種感染性疾病的臨床診斷工具開發(fā)提供重要的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的HIV病毒載量檢測往往涉及從樣本中提取遺傳物質(zhì)，對其進(jìn)行擴增并與參考樣本進(jìn)行比較；稱之為RT-PCR的金標(biāo)準(zhǔn)測試手段能對實際的病毒載量進(jìn)行接近地估計，但其并不是一種直接的測定，于是研究者Guan等人在他們進(jìn)行的測試中采取了一種更為直接的手段，名為STAMP（通過自動膜分離的自我數(shù)字化技術(shù)，Self-digitization Through Automated Membrane-based Partitioning），該技術(shù)相比RT-PCR更便宜、快速且需要的血液量較少。

研究者Guan說道，該技術(shù)的工作原理是這樣的，我們首先從患者的血液中提取少量樣本，隨后對病毒RNA進(jìn)行抽提，再講RNA與名為Cas13的特定蛋白相混合，而Cas13是CRISPR系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。CRISPR-Cas13是一種革命性的工具，其能幫助研究人員靶向作用并操控RNA序列；這項研究中，研究人員利用這項技術(shù)并不僅僅因為其具有強大的編輯能力，而是其診斷潛能，他們利用CRISPR-Cas13來檢測并發(fā)出HIV存在的信號。

一旦RNA與Cas13進(jìn)行結(jié)合的話，研究人員就會在混合物中放置一種納米孔聚碳酸酯膜，其是一種非常容易獲得的較薄的過濾器，這或許就使其能成為一種具有成本效益的材料。這種膜的納米孔如此之小以至于其能將混合物分割成為僅含有單個RNA分子的單一液滴，該分子上還附著有Cas13蛋白，如果HIV存在于RNA分子中的話，Cas13蛋白（能被HIV的RNA所激活）就會切割報告分子，從而產(chǎn)生研究人員能檢測到的信號分子。研究者指出，通過計算顯示這種信號的液滴的數(shù)量，我們就能確定個體血液中HIV的水平，即攜帶這種信號的液滴的數(shù)量越多，病毒載量水平就越高。

研究人員利用合成性的HIV RNA測試了這種方法，以便在檢測實驗室血漿以及最終患者的血漿樣本之前優(yōu)化檢測的敏感性和準(zhǔn)確度，隨后他們通過量化20名患者血漿樣本中的HIV病毒載量驗證了STAMP方法，其準(zhǔn)確性與傳統(tǒng)的RT-PCR方法相當(dāng)，而RT-PCR手段通常需要更多的血液進(jìn)行檢測，因此目前研究人員正在研究來采集更多的血液樣本繼續(xù)他們的檢測。

科學(xué)家開發(fā)出一種能直接測定HIV病毒載量的新型數(shù)字檢測技術(shù)。

圖片來源：ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c01917

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種方法能針對每毫升血液中大約2000個或更高的HIV病毒拷貝進(jìn)行準(zhǔn)確地評估，當(dāng)每毫升血液中的病毒不到1萬個拷貝時，患者機體的病毒載量就被認(rèn)為是較低的，而20個或更少的病毒拷貝是檢測不到的，大約10萬個病毒拷貝（也可能會超過100萬個病毒拷貝）就被認(rèn)為病毒載量較高。據(jù)研究者介紹，2000至10000個拷貝的檢測范圍對于臨床醫(yī)生監(jiān)測患者機體病毒的反彈狀況是非常重要的，接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法（ART）療法的患者能實現(xiàn)機體中的病毒水平無法被檢測到，這意味著其不會再通過性行為進(jìn)行病毒傳播，但其機體中病毒水平的上升或許表明患者正在對抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法產(chǎn)生耐藥性或表現(xiàn)出其它問題。

研究者Guan說道，雖然該技術(shù)還需要進(jìn)一步改進(jìn)來增強其檢測限并促使設(shè)置自動化，但基于STAMP的數(shù)字CRISPR方法或能顯示出其促進(jìn)HIV病毒載量監(jiān)測的巨大潛力；研究者解釋道，下一步他們還計劃繼續(xù)改進(jìn)平臺的效率和準(zhǔn)確性從而對多種病毒進(jìn)行量化檢測，最終將這一設(shè)備推向市場應(yīng)用。

綜上，本文研究結(jié)果展示了一種新型的Cas13平臺，其或能提供一種無擴增的病毒RNAs定量檢測方法，通過使用諸如預(yù)濃縮等方法來進(jìn)一步解決采樣問題，這種新型平臺或能進(jìn)一步被用來定量測定一系列感染性疾病中的病毒載量。（生物谷Bioon.com）

原始出處：

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