JP2023520931A - Rnaウイルス診断アッセイ - Google Patents

Rnaウイルス診断アッセイ Download PDF

Info

Publication number
JP2023520931A
JP2023520931A JP2022561490A JP2022561490A JP2023520931A JP 2023520931 A JP2023520931 A JP 2023520931A JP 2022561490 A JP2022561490 A JP 2022561490A JP 2022561490 A JP2022561490 A JP 2022561490A JP 2023520931 A JP2023520931 A JP 2023520931A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rna
seq
pcr
viruses
bubbler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022561490A
Other languages
English (en)
Inventor
フェアブラザー,ウィリアム
Original Assignee
ブラウン ユニバーシティ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ブラウン ユニバーシティ filed Critical ブラウン ユニバーシティ
Publication of JP2023520931A publication Critical patent/JP2023520931A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/70Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving virus or bacteriophage
    • C12Q1/701Specific hybridization probes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/097Devices for facilitating collection of breath or for directing breath into or through measuring devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5082Test tubes per se
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/025Align devices or objects to ensure defined positions relative to each other
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0684Venting, avoiding backpressure, avoid gas bubbles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/16Reagents, handling or storing thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/04Closures and closing means
    • B01L2300/041Connecting closures to device or container
    • B01L2300/042Caps; Plugs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/04Closures and closing means
    • B01L2300/046Function or devices integrated in the closure
    • B01L2300/047Additional chamber, reservoir
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/04Closures and closing means
    • B01L2300/046Function or devices integrated in the closure
    • B01L2300/048Function or devices integrated in the closure enabling gas exchange, e.g. vents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/6851Quantitative amplification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/16Primer sets for multiplex assays

Abstract

本発明は、ヒトの呼気からエアロゾル化粒子をサンプリングする代替的で効果的なRNAウイルスサンプル収集デバイスを提供する。本発明は、伝染リスクを評価するために、鼻咽頭スワブよりも直接的で医学的に関連のあるサンプルを提供する。

Description

本発明は、一般に、酵素、核酸、もしくは微生物が関与する測定もしくは検査プロセス;そのための組成物もしくは試験紙;そのような組成物の調製プロセス;微生物学的もしくは酵素学的プロセスにおける条件応答制御;ならびに分析用、例えばポリメラーゼ鎖反応[PCR]アッセイ用の核酸の調製に関する。
関連出願に対する参照
本発明は、2020年4月11日に出願された“A Massively Parallel RNA Virus(COVID-19)Diagnostic Assay”と題する米国特許出願第63/008,693号、および2020年4月13日に出願された“A Massively Parallel RNA Virus(COVID-19)Diagnostic Assay”と題する米国特許出願第63/009,165号の優先権を合衆国法典第35巻第119条(e)に基づき主張するものである。
COVID-19ウイルス(SARS-CoV-2)は、呼気中の空気媒介性粒子を介して伝染し、重篤な呼吸器疾患を引き起こす。進行中の感染または以前の感染の診断アッセイは、ウイルスRNAまたはウイルスに対する抗体の検出に依存する。診断アッセイは、通常、唾液または鼻咽頭(NP)スワブによって患者の上気道から収集された患者サンプルに対して行われる。これらのソースは同等な感度を有しており、一致率は97%である。
COVID-19診断アッセイ用の患者サンプルは、患者から鼻咽頭スワブによって頻繁に収集され、臨床検査室でポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって検出される。患者は、感染後3か月間陽性となり得る。このSARS-Cov-2(COVID-19)診断アッセイは、時間、試薬、および手間のかかるプロトコルであり、現在の需要に追いつくことができない。鼻咽頭(NP)スワブおよび安定化溶液などの試薬は、多くの現場で、医療クリニックによる診断アッセイの律速となっている。
上気道サンプルは活性ウイルスを含んでいるが、最近の臨床研究は、インフルエンザが区画化されていることを示唆している。鼻領域などの上気道のウイルス量は、下気道の症状、すなわち咳とは相関がなかった。エアロゾル化された粒子中のウイルス量は、咳の症状の重症度と相関していた。下気道の関与はしばしば、より重度なCOVIDの結果の前兆であるため、生物医学分野では、呼気に焦点を当てた、より直接的なサンプリング手法が必要とされている。
本発明は、代替的で有効なRNAウイルスサンプル収集デバイスを提供する。このサンプル収集デバイスは、鼻咽頭スワブ、安定化、RNA抽出、および逆転写を迅速な単一のステップで置き換えることができる。本収集デバイスは、ヒトの呼気からエアロゾル化された粒子をサンプリングする。本発明は、伝染リスクを評価するために、鼻咽頭スワブよりも直接的で医学的に関連のあるサンプルを提供する。
第1の実施形態において、本発明は、対象の息からエアロゾル化されたRNA含有粒子を捕捉するBubbler(商標)と呼ばれるデバイスを提供する。本デバイスは、デバイスに含まれる油/水溶液/エマルジョンを通して息をバブリングさせて、RNAウイルスの存在について対象を検査することによって使用される。油/水溶液/エマルジョン中には、酵素的な逆転写酵素(RT)反応を行うための試薬がある。図1(A)を参照されたい。
第2の実施形態では、酵素活性がその後、ウイルスRNAを安定な分子的にバーコード化されたcDNAに変換する。収集現場における逆転写酵素活性は、下流の大規模配列決定に基づく並列診断に適合したサンプルの収集を有利に可能とする。図3を参照されたい。あるいは、サンプルは配列決定せずにPCRによって診断され得る。
第3の実施形態において、本発明は、空気媒介性SARs-CoV-2ウイルス粒子からのRNAをサンプルに特異的なバーコード化cDNAへと逆転写する方法を提供する。本方法は、本発明のデバイスの使用に関して本明細書に記載されているように、最初に患者から深呼吸サンプルを取得するステップを含む。次に、サンプルは、サンプルに特異的なバーコード化プライマーを使用してウイルスcDNAへと逆転写される。場合により、超並列アッセイによる分析のためにサンプルをプールすることができる。
第4の実施形態では、本発明は、ヒトの呼気中のRNAウイルス(例えば、COVID-19、SARS、他のコロナウイルス、インフルエンザウイルス、ライノウイルス、または他のRNAウイルス)のスクリーニングに使用するためのデバイスを提供する。
第5の実施形態では、本発明は、病院の救急室、空港、建物の暖房、換気、および空調(HVAC)空気処理システムに設置された通気口に真空ポンプを適用して、環境中のRNAウイルス(例えば、COVID-19、SARS、他のコロナウイルス、インフルエンザウイルス、ライノウイルス、または他のRNAウイルス)に対するスクリーニングに使用するためのデバイスを提供する。
第6の実施形態では、本発明は、呼気中のDNAウイルスを検出するのに使用するためのデバイスを提供する。
第7の実施形態では、本発明は、呼気中の非ウイルス性核酸(例えば、タバコからのDNA;大麻からのDNA)を検出するのに使用するためのデバイスを提供する。
第8の実施形態では、本発明は、環境中のエアロゾル化されたDNAを検出するのに使用するためのデバイスを提供する。
第9の実施形態では、本発明は、ウイルスの株を同定するための配列決定に使用されるサンプルを収集するのに使用するためのデバイスを提供する。
第10の実施形態では、本発明は、[超並列アッセイ]に使用されるサンプルを収集するのに使用するためのデバイスを提供する。
第11の実施形態では、本発明は、レセプタクルがパーティーバルーンなどのバルーンであるデバイスを提供する。ヒトの呼気からのRNAウイルス粒子は、-20℃で1時間インキュベーションした後、膨らませたパーティーバルーンの内面から容易に沈殿された。RT-PCRは、RNAを抽出することなく、この液体中のrRNAを容易に検出できる。
一態様では、本発明は、大規模なサーベイ配列決定を有利に可能にする迅速なハイスループットアッセイを提供する。図4を参照されたい。Bubbler(商標)は、家庭用に発送することもでき、臨床検査施設の現在の負担を軽減する。
別の態様では、本発明は、感染性を決定するためのデバイスおよび改善された方法を提供する。ヒトの呼気中のSARS-CoV-2を分析する能力がなければ、生物医学分野の当業者は、COVID-19患者が感染している時間と状況(ワクチン接種済み、無症候性)を知ることができない。この状況が、2020年のCOVID-19パンデミックの間、世間一般の不安を煽ったことが広く認識されている。
別の態様において、配列決定による診断は、ウイルス量および株のアイデンティティなどの追加的な情報を提供し得る。
別の態様では、バーコード対応のBubbler(商標)からのサンプルは、遺伝子的にバーコード化されたプライマーを使用して増幅されたcDNAをサンプルが含む場合、サンプルのアイデンティティを保持しながらプールしてバッチ処理することができる。
本発明は、次世代シーケンサーと組み合わせた分子バーコーディングにより、ヒト構築サンプルパネル中のSARS-CoV-2を334ゲノムコピー/サンプルの検出限界で定量的に検出できることを実証した臨床試験においてテストされた。
病院に入院した70人の患者に対するBubbler(商標)のテストは、他の方法よりも下気道の関与、つまり胸部X線の異常を予測しやすく、かつ侵襲性も低いことを示した。呼気のBubbler(商標)サンプルは、舌スワブよりもSARS-CoV-2 RNAが3倍濃縮されていた。この結果は、ウイルス粒子が直接サンプリングされたことを意味する。
説明のために、本発明のいくつかの実施形態が、以下に記載の図面に示される。図面中の同様な数字は、図面全体を通して同様な要素を指し示す。本発明は、示されている厳密な配置、寸法、および器具には限定されない。
Bubbler(商標)デバイスに関する情報を提供する図である。図1(A)は製品デザインを示す。被検者はガラス製マウスピースから息を吐き、ウイルスおよび細胞のRNAを含むエアロゾル化した粒子が、冷たい油/水性エマルジョンを通してバブリングされるようにする。エアロゾル粒子は水相で凝縮し、RNAをバーコード化cDNAにコピーする逆転写バッファーと混ぜ合わさる。図1(B)は、被検者が、ハンドヘルド型のBubbler(商標)に穏やかに息を1分未満吐き出し、肺を完全に排気する様子を示している。図1(C)は、概念の実証である。細胞の18S rRNAをDNAにコピーし、PCRによって増幅させた。電気泳動ゲルの結果は、Bubbler(商標)が、Trizol反応+逆転写酵素で約2時間かけて従来法により抽出したRNA標識対照と同量のRNAを1回の呼吸で分離することを示している。 超並列RNAウイルス診断アッセイがヒト構築サンプルに対して機能することを示す図である。(左側)各デバイスは、ランダム3マー(NNN)に隣接して逆転写(RT)プライマー(紫色で描画)に付加された固有のバーコード、リバースプライマー結合部位(標識共通プライマー)、およびcDNAに組み込まれるバクテリオファージT7プロモーター(T7)を含んでいる。cDNAを処理して遊離のプライマーとタンパク質を除去した後、T7のインビトロ転写によって増幅させる。その結果得られるRNAは、RTプライマー2を使用して逆転写され、PCRによって増幅され、次世代シーケンシングによって分析される。 バーコーディング/並列ストラテジーの初期の実施形態を示す図であり、大規模並列RNAウイルス診断アッセイを示している。この図は、数千のサンプルに対して並列に実行される単一の診断のワークフローを示している。ステップ(1):各Bubbler(商標)は、逆転写(RT)プライマー(紫色で描画)に付加された固有のバーコードを含んでおり、これは、左上と中央左に示されるように、cDNA中に組み込まれる。このコピーイベントは、ウイルスRNAがサンプル中に存在する場合にのみ発生するため、診断の基礎となる。ステップ(2):臨床現場が、キットを処理センターに返送する。キットの内容はプールされる。ステップ(3):プール中のバーコード化cDNAが、DNAライゲーションによって環状化される。ステップ(4):インバーテッドPCRプライマーによって環が増幅され、次世代シーケンシングによって解析される。右下は、配列解析について説明している。バーコード(紫色)の存在は、陽性の検査結果に関連付けられる。バーコードが配列決定される回数は、ウイルス量に比例する。コピーされたウイルス配列(青色)は、感染経路の再構築に役立つウイルス株情報を含んでいる。 アッセイによって返される診断マトリクスを示す図である。各キットは、少なくとも27種類のRNAに特異的な固有のバーコード化RTプライマーの集合を含んでいる。これらのRNAは、呼吸器系の病原体ならびに様々な存在量および様々な細胞起源を持つヒトRNAを標的としている。アッセイは、病原体とサンプルの品質を同定する。 いくつかの用途のためのいくつかの変更を有するBubbler(商標)デバイスの図である。図5(A)環境サンプリングの場合、真空ラインが通気孔に取り付けられ、Bubbler(商標)を介して連続的な気流が引き込まれる。図5(B)デバイスは、液体処理プラットフォームに適合したチューブサイズに小型化され得る。図5(C)キャノーラ油、鉱物油(任意の非毒性の油)。図5(D)溶液は、HO、TE溶液、容易に置換可能な代替溶液であり得る。環境サンプリングには、DNAzol(商標)、RNAzol(商標)、フェノール/クロロホルム1:1溶液、HO、TE溶液が使用され得る。 代替的な(舌スクレイプ、唾液)サンプリング技術と比較したバブラーのサンプルの分子特性を示す図である。RT-PCRは、細胞のRNA(18S、下のパネル)の存在を示しているが、ACE2R(COVID-19ウイルス受容体)は存在しない。この所見は、バブラーからのCOVID-19シグナルが主にウイルス粒子に由来し、感染細胞におけるウイルス転写産物に由来するものではないという考えを支持している。 人工的なCOVIDサンプルパネルでの実装を示す図である。このパネルは、FDA緊急使用認可ガイドラインにより規定された様式で配列された10個のCOVID標準5倍系列希釈から成る(ATCC、VR-1986D、ロット70035624)。パネルAは、図2で説明したRTプライマーを示している。パネルBは、334ウイルス粒子/呼気の検出限界を計算するために使用した希釈スキームを示している。
[産業上の利用可能性]
2019年のCOVIDの出現は、突然のパンデミックに対する現代の対応を改善することの必要性を明らかにした。COVID-19ウイルスおよび他の空気媒介性ウイルス、特にインフルエンザウイルス、コロナウイルス、およびライノウイルスなどの空気媒介性RNAウイルスの拡散を遅らせるか、または止めるには(図4を参照)、(a)誰が感染しているかを知り、(b)一度に多くの人を検査できなければならない。2019年のCOVIDパンデミックの間、様々な理由から検査がしばしば制限された。信頼できる診断法を確立することに関する初期の問題は、診断ラボのキャパシティの不足と、最終的には診断テストを実行するための試薬の不足に道を譲った。2021年にCOVIDの症例は減少しているが、大量の検査の必要性は依然として強い。ワクチン耐性株が出現した場合、この必要性はさらに高まり得るであろう。
Bubbler(商標)(ロードアイランド州および他の一部地域ではBuhblah(商標)と呼ばれることがある)は、現在のスワブベースのサンプル収集技術の魅力的な代替法である。Bubbler(商標)は、鼻咽頭スワブ、安定化、RNA抽出、および逆転写を迅速な単一のステップで置き換えることができる。この収集デバイスは、ヒトの呼気からエアロゾル化された粒子をサンプリングし、鼻咽頭スワブよりも直接的で医学的に関連のあるサンプルで伝染のリスクを評価する。このハンドヘルド型デバイスは、ウイルスRNAを安定な分子的にバーコード化されたcDNAに変換する酵素的な逆転写酵素活性を含む油/水性エマルジョンをバブリングすることにより、エアロゾル化されたRNAを含む粒子を息から捕捉する。重要な進歩は、収集の現場でのRTステップを含むことであり、これは大規模な下流の配列決定に基づく並列診断に適合したサンプルの収集を可能にする。
呼気の凝縮物を捕らえるために、いくつかのデバイスが設計された。代謝物をサンプリングするための呼気分析器が開発されている。以前の研究は、肺のマイクロバイオームと上気道のマイクロバイオームの違いを検出できなかった。Charlsonら、Am.J.Respir.Crit.Care Med.(184)、957~963ページ(2011年)を参照されたい。しかしながら、サーファクタント関連タンパク質のファミリー(例えば、SP-A)などのいくつの細胞遺伝子は、主に肺において発現される。ACE-2の発現が見られるが、肺に限定はされない。HermansとBernard、Am.J.Respir.Crit.Care Med.159、646~678ページ(1999年)。
本発明は、既存のCOVID-19検査プロトコルに直交するデバイスと方法を提供する。並列処理を拡張して、複数のテストまたは呼吸パネル全体を1つのBubbler(商標)に含めることができるため、同様な症状を有する疾患が一緒にテストされ得る。
本デバイスおよび方法は、鼻スワブを採取するよりも便利かつ快適に、1日に何万人もの人々を検査することを可能とする。
迅速なハイスループットアッセイは、大規模な調査シーケンシングを可能にする。Bubbler(商標)は家庭用に発送することができ、現在の検査施設の負担を軽減することができる。
本明細書に記載されている発明は、ヒトをクローニングするプロセス、ヒトの生殖細胞系列の遺伝的アイデンティティを改変するプロセス、産業上もしくは商業上の目的でのヒト胚の使用、またはヒトもしくは動物に実質的な医療上の利益を与えずに動物に苦しみを与える可能性のある動物の遺伝的アイデンティティを改変するプロセス、ならびにそのようなプロセスから生じる動物には、関係しない。
定義
便宜のため、本明細書、実施例および添付の特許請求の範囲で使用されるいくつかの用語およびフレーズの意味が以下に列挙される。別段の記載がない限り、または文脈から暗示されない限り、これらの用語およびフレーズは以下の意味を有するものとする。これらの定義は、特定の実施形態を説明するのに役立つが、特許請求される発明を限定することを意図するものではない。別途定義されない限り、全ての技術的および科学的な用語は、この発明が属する技術分野における当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において提供される用語の意味は、本明細書で提供される定義の意味と生物医学分野での用語の使用との間に明らかな不一致が生じた場合に優先するものとする。
本願で使用される科学的および技術用語は、本明細書中で特に定義されない限り、生物医学分野の当業者によって一般的に理解される意味を有するものとする。本発明は、本明細書に記載された特定の方法論、プロトコル、および試薬などに限定されず、したがって変動し得る。
「約」は、およそという平易な意味を持つ。「約」という用語には、関連する検査に本質的に関連する測定誤差が含まれる。パーセンテージとともに使用される場合、約は±1%を意味する。
「通気口」は、閉鎖空間に空気が出入りできるようにする開口部という平易な意味を有する。空気媒介性のウイルスを含み得る通気口が、病院の救急室、空港、および建物の暖房、換気、および空調(HVAC)空気処理システムに設置されている。
「空気媒介性」は、空気中を移動する粒子という平易な意味を有する。様々な種類の呼気(例えば、くしゃみ、咳、および大声で話すこと)に関する初期の研究は、様々な飛沫サイズが空気中に持続することを実証した。小さい飛沫は、より長く持続する。大きな飛沫は、蒸発によって、より小さな飛沫へと縮小する。相応する緑色連鎖球菌(Str.viridans)の飛沫を培養することにより、呼気中のエアロゾル化した飛沫中でどのように病原体が移動し得るかが示された。これらの研究は、換気されていない空間中で30~60分間、空気媒介性の細菌の90%が飛沫中において持続し得ると結論付けた。より小さなウイルスは、おそらくより長く存続し、より遠くまで移動し得るであろう。
「アラートレベル」は、通常の稼働状態からのずれの可能性を早期に警告し、潜在的な問題に対処するための適切な精査とフォローアップのきっかけとなる確立された微生物または空気媒介性粒子のレベルである。米国食品医薬品局の業界向けガイダンス、Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing - Current Good Manufacturing Practice(2004年9月)を参照されたい。
「無菌処理施設」は、微生物および粒子の汚染を制御するために、空気の供給、材料、および機器が制御されているクリーンルームを含む建物またはその隔離された部分である。米国食品医薬品局の業界向けガイダンス、Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing - Current Good Manufacturing Practice(2004年9月)を参照されたい。
「クリーンエリア」または「クリーンゾーン」は、定義された粒子および微生物学的清浄度基準を持つエリアである。米国食品医薬品局の業界向けガイダンス、Sterile Drug Products Produced by Aseptic Processing - Current Good Manufacturing Practice(2004年9月)を参照されたい。
「コロナウイルス」は、哺乳類および鳥類に病気を引き起こす関連するRNAウイルスのグループという、生物医学分野で認められた意味を有している。コロナウイルスは、リボウイルス界、ニドウイルス目、コロナウイルス科のオルトコロナウイルス亜科を構成している。それらは、一本鎖プラス鎖RNAゲノムとらせん対称のヌクレオキャプシドを有するエンベロープウイルスである。
「COVID-19」(SARS-CoV-2)は、ACE2受容体を介して様々な種類の細胞に侵入し、重度の呼吸器障害であるCOVID-19を引き起こすコロナウイルスである。COVID-19は、発熱、空咳、および他の様々な症状を特徴とする。COVID-19は下気道の外側に症状を呈し得るが、危険な成り行きでは肺に炎症を引き起こし、肺炎を引き起こし得る。SARS-CoV-2は空気媒介性の病原体であるため、肺と気道の感染状態は、疾患の転帰だけでなく、伝染のリスクも予測的である。
「DNAウイルス」は、遺伝物質がデオキシリボ核酸であるウイルスという、生物医学の分野で認められた定義を有している。一般に認識されているウイルスのクラスは6つある。DNAウイルスは、クラスI(二本鎖DNAウイルス)とクラスII(一本鎖DNAウイルス)を構成する。
「環境」は、ヒト、動物、または植物が生息または活動する環境または条件、特に周囲の空気という平易な意味を有する。
「マクネマー検定」は、統計学の分野で認められている意味を有する。統計学において、マクネマー検定は、対応のある名目データに対して使用される統計学的検定である。それは、行と列の限界度数が等しいかどうか(つまり、「限界均一性」があるかどうか)を判断するために、対象のマッチドペアの二分特性を持つ2×2分割表に適用される。
「核酸」および「核酸分子」は、本明細書においては交換可能に使用可能であり、ヌクレオチドまたはヌクレオチド類似体のポリマーまたはポリマーブロックを指す。核酸は、天然源から得られても、または組換えまたは化学合成によって生成されてもよい。核酸は、一本鎖、二本鎖、または多重鎖であってもよく、修飾または非修飾のヌクレオチドまたは非ヌクレオチド、またはそれらの様々な混合物および組み合わせを含んでいてもよい。
「患者」は、アッセイが施される任意のヒトを指す。特に、患者は、COVID-19に感染しているか、またはその疑いがあり、アッセイが施されるヒトを指し得る。「患者」、「個人」、および「対象」という用語は交換可能である。
「ポリメラーゼ連鎖反応」(PCR)は、特異的なDNAサンプルの数百万から数十億のコピーを迅速に作成するために広く使用されている方法として、生物医学の分野で認識されている意味を有しており、科学者が非常に少量のDNAサンプルを採取して、それを詳細に研究するのに十分多い量にまで増幅することを可能にする。PCRを使用すると、一連の温度変化のサイクルにおいて、非常に少量のDNA配列のコピーが指数関数的に増幅される。PCRは現在、生物医学研究および犯罪科学捜査を含む広範な用途のために、医学実験室での研究において一般的で、しばしば不可欠な技術として使用されている。PCRキットは市販されている。
「呼吸器疾患」は、生物医学分野において認められた定義を有する。一般的なウイルス性呼吸器疾患は、同様な特性を有し、気道に影響を与える様々なウイルスによって引き起こされる病気である。関与するウイルスは、インフルエンザウイルス、呼吸器合胞体ウイルス(RSV)(細気管支炎、肺炎、クループ、気管支炎、および中耳炎の主な原因)、パラインフルエンザウイルス(幼児のクループの主な原因であり、気管支炎、肺炎、および細気管支炎を引き起こし得る)、または呼吸器アデノウイルス(咽頭炎から肺炎、結膜炎、および下痢まで、様々な病気を引き起こし得る)でありうる。他のウイルスは、ライノウイルス(典型的には風邪を引き起こす)およびコロナウイルスを含む。気道におけるウイルス感染は、扁桃炎、喉頭炎、気管支炎、肺炎などの合併症を引き起こし得る。Boncristiani、Respiratory viruses、Encyclopedia of Microbiology、500~518ページ(2009年2月17日)を参照されたい。
「逆転写酵素」(RT)は、逆転写においてRNA鋳型からのDNAの形成を触媒する酵素という、生物医学分野で認知されている意味を有する。逆転写酵素は市販されている。
「リボ核酸」(RNA)は、リボースを含む核酸という、生物医学分野で認知されている意味を有する。その主な役割は、タンパク質の合成を制御するためのDNAからの指示を運ぶメッセンジャーとして機能することであるが、一部のウイルスでは、DNAではなくRNAが遺伝情報を運んでいる。
「RNAウイルス」は、リボ核酸を遺伝物質とするウイルスという、生物医学分野で認知されている定義を有する。RNAは二本鎖または一本鎖のいずれかでありうる。一般に認識されているウイルスのクラスは6つある。DNAウイルスは、クラスIおよびIIを構成する。RNAウイルスは、残りのクラスを構成する。クラスIIIウイルスは、二本鎖RNAゲノムを有する。クラスIVウイルスは、プラス鎖の一本鎖RNAゲノムを持ち、ゲノム自体がmRNA(メッセンジャーRNA)として働く。クラスVウイルスは、mRNA合成のテンプレートとして使用されるマイナス鎖の一本鎖RNAゲノムを有している。クラスVIウイルスは、プラス鎖の一本鎖RNAゲノムを有しているが、複製だけでなくmRNAの合成にもDNAの中間体を伴う。RNAウイルスによって引き起こされる注目すべきヒトの呼吸器疾患は、風邪、インフルエンザ、SARS、MERS、およびCOVID-19を含む。
コクラン・アーミテージ検定は、統計学分野で認知されている意味を有する。コクラン・アーミテージの傾向検定は、2つのカテゴリーを持つ変数とk個のカテゴリーを持つ順序変数との間の関連の存在を評価することを目的とする際に、カテゴリカルデータ分析において使用される。それはピアソンのカイ2乗検定を修正して、第2の変数のk個のカテゴリーの影響に疑われる順序を組み込んでいる。
材料および方法からのガイダンス
当業者は、本発明を作成および使用する際の予測可能な結果へのガイダンスとして、これらの材料および方法を使用し得る。
Bubbler(商標)-使用説明書
Bubbler(商標)は、被検者が息を吹き込むガラス製のストローが上部に付いたハンドヘルド型デバイスである。ガラス製のストローは、パスツールピペットから作成され得る。このデバイスは、ウイルスの呼気分析器である。このデバイスは、インフルエンザウイルス、ライノウイルス、またはCOVID-19などのコロナウイルスなどのRNAウイルスなどの呼吸器ウイルスに誰が感染しているかを決定するために使用され得る。図4を参照されたい。本デバイスは、医療分野の当業者が、1日に何万人もの人々を検査することを可能とするため、鼻スワブを採取するよりも簡単、便利、かつ快適である。
被検者は、次のステップを実行するであろう:
ステップ(1).Bubbler(商標)を上から持つ。図1(B)を参照されたい。
ステップ(2).少し下に傾けて、通常の呼吸をする。
ステップ(3).チューブに息を吐く。
被検者またはテストの実施者には、バブリングの音が聞こえるはずである。被検者は、肺の中の全ての空気を吐き出すものとする。このプロセスには10秒以上はかからないはずである。チューブの底にある油/水混合物は、エマルジョン(油と酢のサラダドレッシングのようなもの)であるべきである。時折、少量の唾液がBubbler(商標)に入るため、最後のステップは唾液サンプルを採取することである。
超並列RNAウイルス診断アッセイの有効性に関する臨床試験のための方法
試験参加者の登録とサンプル収集。COVID-19パンデミックの間、2020年5月から2021年1月にかけて、臨床スタッフが病院で臨床試験参加者をスクリーニングした。18歳以上であり、72時間以内にCOVID-19検査が収集されたか、履歴が利用可能であり、英語を話し、書面によるインフォームドコンセントを理解して提供した患者を適格とした。インフォームドコンセントを提供できないと臨床プロバイダにより決定された患者は除外された。登録された各対象から、本発明者らはBubbler(商標)での約15秒間の呼気と2つの舌をスクレイピングしたサンプルを収集した。室温で約30分後、実験室での検査までサンプルを-80℃に移した。
臨床試験サンプルの調製、PCRおよびリアルタイムPCR。SuperScript(商標)IV逆転写酵素(Thermo Fisher、18090050)を逆転写(RT)プライマーおよびdNTPと混合して、Bubbler(商標)用の40μl反応液または舌スクレイプ用の20μl反応液を作成した。Sars-Cov-2N遺伝子用の8つのプライマーとRNase P用の1つのプライマー(配列表の配列を参照)を20μMの濃度にプールし、RTプライマープールとして使用する。患者サンプルからの0.5μlのRT混合物をプライマー(配列リストに記載)およびPower SYBR Green PCR Master Mix(Thermo Fisher、4367659)と混合して、リアルタイムPCR解析用の10μl反応を行う。リアルタイムPCRプログラムは次のように設定する:(1)ホールドステージ:50℃で2分間、その後95℃で3分間;(2)PCR:95℃で15秒間、60℃で20秒間および72℃で30秒間、40サイクル;(3)メルトカーブ:95℃で15秒間、60℃で20秒間、その後0.05℃/秒の速度で95℃まで上げ、95℃で15秒間保持。両方のリアルタイムPCRプライマーセットでCt<35の場合、患者サンプルはSARS-Cov-2陽性と判定される。GoTaq Master Mix(Promega、M7123)は、PCR反応において18S rRNAまたはACE2を検出するために使用される。配列表中のプライマーの配列を参照されたい。ヒトトータルRNA(Thermo Fisher、4307281、ロット00890901)およびSARS-CoV-2ゲノムRNA(ATCC、VR-1986D、ロット70035624)が対照として使用される。
定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)。ヒト構築サンプルで使用されたSARS-CoV-2N遺伝子RNAのコピー数をqPCRによって定量化した。
RNAは、ランダム9マー(mer)を使用して、SuperScript(商標)IV転写酵素(Thermo Fisher Scientific、カタログ番号18090050)によってcDNAに逆転写した。その結果得られたcDNAをApplied Biosystems Power SYBR(商標)Green PCR Master Mix(Thermo Scientific)を用いてqPCR反応に加えた。インビトロで転写したN遺伝子RNAを使用して、絶対標準を調製した。次に、発明者らは、コピー数を計算するための標準曲線を作成した。qPCR反応はCDC N1 SARS-CoV-2プライマーを使用して、ViiA 7リアルタイムPCRシステムで実行した。
診断テストの統計分析。Bubbler(商標)PCR法(B-PCR)の臨床上の有用性を比較するために、病院でのPCR(H-PCR)と検査室でのPCR(L-PCR)を陽性(POS)または陰性(NEG)に分類した。L-PCRは、その結果を確認するために二重に実施した;2回のテストのいずれもが陽性の場合、POSの結果を割り当てた。X線所見(XR)も、ウイルス性肺炎のX線徴候に基づいて、正常または異常として二分した。H-PCRとL-PCR、B-PCRとH-PCRの測定値の間の一致は、2×2の表(SASバージョン9.4 proc freq)を用いて評価し、ゴールドスタンダードのL-PCRに対して比較したH-PCRまたはB-PCRによってPOSと分類された患者の割合、およびXRがPOSでもあるH-PCRがPOSの患者の割合を評価した。感度、特異度、およびPPVの値も、COVID-19陽性の予測におけるB-PCRの有用性の指標として報告された。L-PCRが、この実施例における比較標準であり、H-PCRではない。POSのBubbler(商標)の結果は、二重に行ったL-PCRアッセイのいずれにおいてもPOSであった患者からのPOSであったBubbler(商標)である。NEGのBubbler(商標)の結果は、二重に行ったL-PCRアッセイのいずれにおいてもNEGであった患者からのNEGであったBubbler(商標)である。
全ての二分比較において、マクネマー検定を使用した。推定値は95%CIで報告した。次に、推定値を陽性度の低いものから高いものの順にランク付けし、傾向についてコクラン・アーミテージ検定を使用してテストし、片側仮説検定を使用して、異常な胸部XR結果の割合がB-PCRによって予測されるかどうかを決定した。
舌スクレイプとBubbler(商標)テストの間の相対的なSARS-CoV-2発現の違いを分析するために、陽性のテスト結果のみを含むデータのサブセットを取得した。比較CT法を使用して、SARS-CoV-2増幅のCT値を、サンプル中のRNase P対照と比較した相対発現レベルに変換した。これらの相対的な発現の中央値は、舌スクレイプとBubbler(商標)の両方で別々に計算した。データの外れ値を除外した後、いくつかの連続したテストを行った。各テストにおいて、SARS-CoV-2の相対発現の中央値は、舌スクレイプよりもBubbler(商標)の方が大きかった(t検定)(表S4を参照)。
インビトロRNA転写。T7プロモーターを有するSARS-CoV-2N遺伝子のDNAオリゴヌクレオチドが、Integrated DNA Technologies(IDT)において合成された。Q5 High fidelity DNA polymerase(NEB)を用いて、このオリゴヌクレオチドに対してPCR増幅を行い、インビトロ転写(IVT)用の鋳型を調製した。プライマーは表S1に列挙されている。単一のPCRアンプリコンが、アガロースゲル電気泳動によって確認された。IVTは、Riboprobe(商標)System-T7キット(Promega、カタログ番号P1440)を用いて、製造元の推奨する方法に従って行った。DNA鋳型はDNase Iを用いた消化により除去し、その後、IVTしたRNAをフェノール(pH4.7):クロロホルムで抽出し、エタノールで沈殿させた。
ヒト構築サンプルのハイスループット検査。IVTしたN遺伝子RNAを使用した5倍系列希釈を三重に行って、ヒト構築サンプルを作成した。各レプリケートには、10種類の希釈と2つのブランク対照が含められていた。希釈には、ヒトトータルRNA対照(Thermo Fisher Scientific、カタログ番号43-072-81)を使用した。バーコード化転写産物特異的RTプライマーは、IDTにおいて96ウェルプレート中で合成された。各バーコード化プライマーは、ヒト18S rRNAまたはN遺伝子のいずれかに結合する標的化領域、3ヌクレオチドのランダム配列(Unique Molecular Identifiers、UMI)、8ヌクレオチドのバーコード、PCRリバースプライマーが結合する定常領域、およびT7プロモーターを含む。図4(A)。プライマーについては配列表を参照されたい。36個のヒト構築サンプルが、バーコード化RTプライマーが既に割り当てられている96ウェル中に配置され、各ウェルは、1つは18S rRNA用、もう1つはN遺伝子RNA用の2つのバーコード化RTプライマーを含んでいた。次に、Maxima H Minus Double-Stranded cDNA Synthesis Kit(Thermo Fisher Scientific、カタログ番号K2561)を用いて、製造元の推奨に従って、RNAを二本鎖cDNAへと逆転写した。残留したRNAおよびRTプライマーは、それぞれRNase IおよびエキソヌクレアーゼIで除去した。プロテイナーゼK処理後、全てのcDNAをプールし、QIAquick PCR Purificationキット(Qiagen、カタログ番号28004)を使用して精製し、インビトロ転写反応にかけた。次に、得られたアンチセンスRNAを、18S rRNAとN遺伝子の両方に特異的なRTプライマーを用いて、SuperScript(商標)IV転写酵素(Thermo Fisher Scientific、カタログ番号18090050)によりcDNAへと逆転写した。次の2ステップのネステッドPCR増幅は、同じリバースプライマーと2つの異なるフォワードプライマーを使用する。特異的なRTおよびPCRプライマーが配列表に列挙されている。各バーコードを定量化するために、アンプリコンの配列決定を行った。
ヒト構築サンプルのアンプリコン配列決定の分析。記載の系列希釈で使用した一般的なリバースプライマー(RP)の配列を、bowtie2を使用して、アンプリコンの配列決定から得られた読み取りにマッピングした。サンプルのバーコードとUMIは、全長RPを含む読み取りの隣接配列から取得した。次に、これらの読み取りから非標的配列(つまり、UMI、サンプルバーコード、およびRP)をトリミングし、標的配列(SARS-CoV-2または18S rRNAのいずれか)にマッピングして、それらがフォワードプライマー(FP1またはFP2のいずれか)と第1ラウンドの逆転写プライマーとの間に予想される配列を含むことを確認した。各希釈レベルのバーコードのリードカウントを、予想されるRPと標的配列を含む一連の読み取りから計算した。各希釈レベルは、前のレベルよりも5倍少ないSARS-CoV-2 RNAを含むため、所与の希釈レベルについて予想されるリードカウントは、前のレベルで観察されたリードカウントの5分の1に設定される。2つの水ベースのブランクサンプルのリードカウントの期待値はゼロとした。最初の希釈レベルについて予想されるリードカウントは、プロットの目的で観察されたリードカウントに設定したが、このレベルは相関の計算からは除外した。以下の比較のためにピアソン相関係数を計算した:観察されたFP1カウントと観察されたFP2カウント、観察されたFP1カウントと予想されたFP1カウント、および観察されたFP2カウントと予想されたFP2カウント。
Figure 2023520931000001
インビトロRNA転写。T7プロモーターを有するSARS-CoV-2N遺伝子のDNAオリゴヌクレオチドが、Integrated DNA Technologies(IDT)において合成された。Q5 High fidelity DNA polymerase(NEB)を用いて、このオリゴヌクレオチドに対してPCR増幅を行い、インビトロ転写(IVT)用の鋳型を調製した。プライマーは配列表に列挙されている。単一のPCRアンプリコンが、アガロースゲル電気泳動によって確認された。
インビトロRNA転写は、Riboprobe(登録商標)System-T7キット(Promega、カタログ番号P1440)を用いて、製造元の推奨する方法に従って行った。DNA鋳型はDNase Iを用いた消化により除去し、その後、転写されたRNAをフェノール(pH4.7):クロロホルムで抽出し、エタノールで沈殿させた。
インビトロRNA転写
ヒト構築サンプルのハイスループット検査。インビトロで転写したN遺伝子RNAを使用した5倍系列希釈を三重に行って、ヒト構築サンプルを作成した。各レプリケートには、10種類の希釈と2つのブランク対照が含められていた。希釈には、ヒトトータルRNA対照(Thermo Fisher Scientific、カタログ番号43-072-81)を使用した。バーコード化転写産物特異的RTプライマーは、Integrated DNA Technologiesにおいて96ウェルプレート中で合成された。各バーコード化プライマーは、ヒト18S rRNAまたはN遺伝子のいずれかに結合する標的化領域、3-ヌクレオチドのランダマー(Unique Molecular Identifiers、UMI)、8-ヌクレオチドのバーコード、PCRリバースプライマーが結合する定常領域、およびT7プロモーターを含む。プライマーについては配列表を参照されたい。36個のヒト構築サンプルが、バーコード化RTプライマーが既に割り当てられている96ウェル中に配置され、各ウェルは、1つは18S rRNA用、もう1つはN遺伝子RNA用の2つのバーコード化RTプライマーを含んでいた。次に、Maxima H Minus Double-Stranded cDNA Synthesis Kit(Thermo Fisher Scientific、カタログ番号 K2561)を用いて、製造元の推奨に従って、RNAを二本鎖cDNAへと逆転写した。残留したRNAおよびRTプライマーは、それぞれRNase IおよびエキソヌクレアーゼIで除去した。図2を参照されたい。プロテイナーゼK処理後、全てのcDNAをプールし、QIAquick PCR Purificationキット(Qiagen、カタログ番号28004)を使用して精製し、インビトロ転写反応にかけた。次に、得られたアンチセンスRNAを、18S rRNAとN遺伝子の両方に特異的なRTプライマーを用いて、SuperScript(商標)IV転写酵素(Thermo Fisher Scientific、カタログ番号18090050)によりcDNAへと逆転写した。次の2ステップのネステッドPCR増幅は、同じリバースプライマーと2つの異なるフォワードプライマーを使用する。特異的なRTおよびPCRプライマーが配列表に列挙されている。各バーコードを定量化するために、アンプリコンの配列決定を行った。
配列表
臨床試験で使用したプライマー
RTプライマー
hRPp1_RT - NNNNNNGAATTGGGTTA(配列番号1)。
Cv_RT1 - NNNNNNCAGCACTGCTC(配列番号2)。
Cv_RT2 - NNNNNNCCTGAGTTGAG(配列番号3)。
Cv_RT3 - NNNNNNAGTTGAGTCAG(配列番号4)。
Cv_RT4 - NNNNNNAGTCAGCACTG(配列番号5)。
Cv_RT5 - NNNNNNGAGTCAGCACT(配列番号6)。
Cv_RT6 - NNNNNNGTTGAGTCAGC(配列番号7)。
Cv_RT7 - NNNNNNGGCCTGAGTTG(配列番号8)。
Cv_RT8 - NNNNNNGTCAGCACTGC(配列番号9)。
PCRプライマー
18S_FP - TGCAATTATTCCCCATGAACGAG(配列番号10)。
18S_RP - CTAGATAGTCAAGTTCGACCGTC(配列番号11)。
ACE2_FP - TTCGGCTTCGTGGTTAAACT(配列番号12)。
ACE2_RP - CTCTTCCTGGCTCCTTCTCA(配列番号13)。
リアルタイムPCRプライマー
hRPp1_rtPCR_1 - GGATGCCTCCTTTGCCGGAG(配列番号14)。
hRPp1_rtPCR_2 - AGCCATTGAACTCACTTCGC(配列番号15)。
Cv19N_rtPCR1_1 - AGTCAAGCCTCTTCTCGTTCC(配列番号16)。
Cv19N_rtPCR1_2 - GCAAAGCAAGAGCAGCATCAC(配列番号17)。
Cv19N_rtPCR2_1 - GGTGTTAATTGGAACGCCTTGTCCTC(配列番号18)。
Cv19N_rtPCR2_2 - TCTTGGTTCACCGCTCTCACTCA(配列番号19)。
ヒト構築サンプルの検査に使用したプライマー。図2中のRTプライマー1は、N-gene-BC1からN-gene-BC36までを指す。
N-gene-BC1 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTCACGTCGTNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号20)。
N-gene-BC2 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTCAATTGATNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号21)。
N-gene-BC3 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTATATTGTANNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号22)。
N-gene-BC4 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTATAGCACGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号23)。
N-gene-BC5 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTACACATGTNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号24)。
N-gene-BC6 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTATGTAATGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号25)。
N-gene-BC7 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTAGTATCTGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号26)。
N-gene-BC8 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTATGCTTGANNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号27)。
N-gene-BC9 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTAACTGTATNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号28)。
N-gene-BC10 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTCAGGCATTNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号29)。
N-gene-BC11 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTAAGGCGATNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号30)。
N-gene-BC12 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGCGTCGAANNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号31)。
N-gene-BC13 - AATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGAACGACANNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号32)。
N-gene-BC14 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGGCAAGCANNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号33)。
N-gene-BC15 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGTAACCGANNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号34)。
N-gene-BC16 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGCTATGGANNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号35)。
N-gene-BC17 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGACACTTANNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号36)。
N-gene-BC18 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGGTTGGACNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号37)。
N-gene-BC19 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCAGATTCNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号38)。
N-gene-BC20 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTATGCCAGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号39)。
N-gene-BC21 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGGCTCAGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号40)。
N-gene-BC22 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCATTGAGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号41)。
N-gene-BC23 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGTATGCGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号42)。
N-gene-BC24 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCCAGTCGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号43)。
N-gene-BC25 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTACTTCGGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号44)。
N-gene-BC26 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGAACTGGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号45)。
N-gene-BC27 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTTGGTATGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号46)。
N-gene-BC28 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTAACGCTGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号47)。
N-gene-BC29 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTTCCATTGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号48)。
N-gene-BC30 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGTGGTTGNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号49)。
N-gene-BC31 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTACAGGATNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号50)。
N-gene-BC32 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTTCCTGCTNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号51)。
N-gene-BC33 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGCGATCTNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号52)。
N-gene-BC34 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGCATAGTNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号53)。
N-gene-BC35 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGATACGTNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号54)。
N-gene-BC36 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCGAGCGTNNNATCATCCAAATCTGCAG(配列番号55)。
18S-rRNA-BC1 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGCTTCACANNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号56)。
18S-rRNA-BC2 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTCGATGTTTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号57)。
18S-rRNA-BC3 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTTAGGCATNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号58)。
18S-rRNA-BC4 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTACAGTGGTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号59)。
18S-rRNA-BC5 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGCCAATGTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号60)。
18S-rRNA-BC6 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTCAGATCTGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号61)。
18S-rRNA-BC7 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTACTTGATGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号62)。
18S-rRNA-BC8 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTAGCTTGTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号63)。
18S-rRNA-BC9 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGGTTGTTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号64)。
18S-rRNA-BC10 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGTACCTTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号65)。
18S-rRNA-BC11 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCTGCTGTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号66)。
18S-rRNA-BC12 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTTGGAGGTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号67)。
18S-rRNA-BC13 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCGAGCGTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号68)。
18S-rRNA-BC14 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGATACGTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号69)。
18S-rRNA-BC15 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGCATAGTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号70)。
18S-rRNA-BC16 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGCGATCTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号71)。
18S-rRNA-BC17 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTTCCTGCTNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号72)。
18S-rRNA-BC18 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTACAGGATNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号73)。
18S-rRNA-BC19 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGTGGTTGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号74)。
18S-rRNA-BC20 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTTCCATTGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号75)。
18S-rRNA-BC21- TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTAACGCTGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号76)。
18S-rRNA-BC22 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTTGGTATGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号77)。
18S-rRNA-BC23 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGAACTGGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号78)。
18S-rRNA-BC24 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTACTTCGGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号79)。
18S-rRNA-BC25 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCCAGTCGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号80)。
18S-rRNA-BC26 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGTATGCGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号81)。
18S-rRNA-BC27 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCATTGAGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号82)。
18S-rRNA-BC28 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTGGCTCAGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号83)。
18S-rRNA-BC29 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTATGCCAGNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号84)。
18S-rRNA-BC30 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTTCAGATTCNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号85)。
18S-rRNA-BC31 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGGTTGGACNNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号86)。
18S-rRNA-BC32 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGACACTTANNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号87)。
18S-rRNA-BC33 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGCTATGGANNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号87)。
18S-rRNA-BC34 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGTAACCGANNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号89)。
18S-rRNA-BC35 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGGCAAGCANNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号90)。
18S-rRNA-BC36 - TAATACGACTCACTATAGGGCCGATATCCGACGGTAGTGTGAACGACANNNGACGGGCGGTGTGTAC(配列番号91)。
18S rRNA用RTプライマー2 - GATTTGTCTGGTTAATTCCGATAACG(配列番号92)。
N遺伝子用RTプライマー2 - CGTGGTCCAGAACAAACCCA(配列番号93)。図2中のRTプライマー2は、N遺伝子用RTプライマー2を指す。
18S rRNA用FP1 - CAATAACAGGTCTGTGATGCCCT(配列番号94)。
18S rRNA用FP2 - TGCAATTATTCCCCATGAACGAG(配列番号95)。
N遺伝子用FP1 - AGGTGCCATCAAATTGGATGACA(配列番号97)。図2中のFP1は、N遺伝子用FP1を指す。
N遺伝子用FP2 - CTGAATAAGCATATTGACGCATAC(配列番号98)。図2中のFP2は、N遺伝子用FP2を指す。
RP - CCGATATCCGACGGTAGTGT(配列番号99)。図2中のRPは、N遺伝子用RPを指す。
IVT-PCR-FP - GTAAAACGACGGCCAGTGAATT(配列番号100)。
IVT-PCR-RP - CAGGAAACAGCTATGACCATG(配列番号101)。
以下の実施例は、本発明を説明するために提供されるものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
[実施例1]
パーティーバルーン
本発明の第13の実施形態において、ヒトの呼気からのRNAウイルス粒子は、-20℃で1時間インキュベーションした後、膨張したパーティーバルーンの内面から容易に沈殿した。この液体では、RT-PCRにより、RNAを抽出することなく、rRNAを容易に検出できる。この収集手法は簡単であった。
[実施例2]
デバイスの臨床試験
この実施例は、サンプル収集のデバイスおよび方法の有効性のテストを示す。
本発明者らは、従来的な方法でサンプリングされたRNAと同じ効率で、息から18S rRNAをコピー可能なプロトタイプの開発に成功した。このBubbler(商標)デバイスをテストする臨床試験において、本発明者らは:(A)診断目的ではなく、比較のために、従来の鼻咽頭スワブ検査と並行してBubbler(商標)を適用し;また、(B)標準的な分子生物学的診断法(ウェスタン、PCR、配列決定)を使用して、Bubbler(商標)患者分離物の特徴付けを行った。肺上皮マーカー、唾液汚染の可能性、およびウイルスRNAについて、収集されたサンプルを評価し、アンプリコンの設計を改善するために、最も豊富なウイルス領域を決定した。
この集団に対する標準治療のテストは、NP-PCRベースのアッセイであり、患者は治験検査に加えてこれを受け、比較のためのゴールドスタンダードとして使用した。
患者には、Bubbler(商標)テスト以外の費用を支払う責任があり、これには、来診時に行われる標準治療のNP-PCRテスト、および来診に関連するその他の料金が含まれる。
[実施例3]
デバイスの臨床試験の患者集団
臨床試験は、ロードアイランド病院(RIH)とミリアム病院で行われた。
包含基準:未診断のCOVID感染と一致する症状を呈した18歳以上の患者を臨床試験のためにリクルートした。これらの患者は、既に標準治療の鼻咽頭スワブを受けており、その結果を待っているか、または既に陽性の結果を受け取っていた。
除外基準:COVID感染によって悪化した喘息またはCOPDを有する患者は、Bubbler(商標)への呼気を維持できなかったため、臨床試験から除外した。口に火傷または外傷を負った患者も除外された。同意への署名を提供できない患者は除外された。
試験プロトコル:最初に、臨床試験への参加について、患者をスクリーニングした。次に、1人の試験参加者に対して別の見本的なデバイスを呼吸中に使用して、患者にBubbler(商標)を使用する方法を示した。このデモンストレーションは、偶発的な吸入など、何を避けるべきかを患者に示した。患者がBubbler(商標)を使用しているところを観察した。臨床試験への参加時に、患者には、分析後にサンプルの残りを保管できるように、標本バンクフォームに署名する機会が提供された。病院の記録を用いて、人口統計、病歴および身体検査情報、バイタルサイン、検査所見、入院期間、死亡率、感染関連の診断と介入の結果、ならびにパルスオキシメーターの測定値を記録することにより、患者の経過をフォローした。
特にサンプルが保存され、バッチで実行されたため、臨床試験は、全ての検査の結果について盲検化された。
標準化された治療:その時点で同意した患者と臨床試験について話し合った。この臨床試験は、前向き観察試験であった。この臨床試験からのデータは、治療の提供時には患者の提供元には利用可能でなく、患者の治療または処置を左右するために使用されることはなかった。
第一義的転帰:本発明者らは、従来の鼻咽頭スワブ検査と並行して、Bubbler(商標)デバイスを試験した。この検査は比較目的であり、診断目的ではなかった。
本発明者らは、生物医学分野の当業者に知られている標準的な分子生物学的診断法(ウエスタン分析、PCR、配列決定)を使用して、Bubbler(商標)患者分離物を特徴付けた。肺上皮マーカー、唾液汚染の可能性、およびウイルスRNAについて、収集されたサンプルを評価し、アンプリコンの設計を改善するために、最も豊富なウイルス領域を決定した。
統計分析:登録の時点で一部の患者は陰性と判定されており、これはアッセイの特異度と感度を決定する上で重要である。標準的なNP-PCRベースのアッセイを、この臨床試験のゴールドスタンダード比較として使用した。NP-PCRベースのアッセイにもいくつかの制限があるため、NP-PCRベースのアッセイが陰性であることが疑問視される場合、最終的に結果を評価するために吐き出されたRNA粒子を保持するための患者のバイオバンキングへの同意が重要であった。
この臨床試験は、重病で入院した患者の綿密なフォローアップは要求しなかった。無症候性の患者は、標準的なNP-PCRまたはBubbler(商標)RT-PCRで陽性と判定されるのに十分な量のCOVID-19ウイルス負荷をまだ生じていない可能性がある。
ヒト対象の保護:本臨床試験は、呼気とウイルス粒子の捕捉によるCOVIDの検出におけるPOCを実証することを意図していた。患者の唇は、Fisher Scientificにより製造された清潔で未使用の既製品のガラス製ピペットとしか接触しなかった。
リスクおよびベネフィット:この臨床試験における患者へのリスクは最小限であった。15mlの遠心チューブの底にあるキャノーラ油(体積で90%)および逆転写酵素試薬(10%v/v)の量は0.6mlであった。遠心チューブ内のパスツールピペットのデッドスペース容量は2.4mlであった。
臨床試験で使用したデバイスは、無菌構築プロトコルを使用して製造されたものであり、使用するまで無菌に保たれ、患者の汚染のリスクはほとんど呈さない。本デバイスは、手袋をはめた人員によって組み立てられ、70%エタノールを噴霧し、紫外線(UV)フード内で一晩乾燥させた。エマルジョンは、無菌プロトコル下で使用前に添加される。
参加している患者が誤って液体を吸い込む可能性はほとんどなかった。このリスクは、最初に別の見本的なデバイスを使用する方法を患者に示すことによって、さらに最小限に抑えられた。呼吸中の安全な使用を確保するために、患者のデバイスの使用を観察した。歴史的に使用されてきたガラス製パスツールピペットは、過去にはマウスピペッティングで使用されていた。全体として、このプロトコルでのサンプル収集介入のリスクは最小限である。
データの安全性の監視:機密性に対するリスクから保護するために、カルテからの情報収集は救急医と訓練を受けた研究コーディネーターによって行われた。データの安全性を確保するために、データは患者番号ごとにMS-Excelワークシートに入力した。これらのワークシートは、救急部門の研究室にあるパスワードで保護されたコンピューターに保存した。臨床スタッフは、患者の同意書のコピー、緊急記録、および病院記録を施錠されたキャビネット中に保管した。
登録された各患者について収集されたデータは、名前、性別、年齢、医療記録番号、アカウント識別子、生年月日、入院日、関連する入院条件、血行動態、治療的介入、診断(例えば、培養結果、X線検査結果、血液分析、病理要約)、処置状況および入院日/曜日を含んでいた。これらのデータは、COVID関連感染の診断を検証し、病気の重症度をスコアリングして、人口統計学的に適切な管理が必要な場合には、それを構築することができるであろう。繰り返しになるが、各患者に関する全ての識別情報は、臨床試験サンプルとは別に保管した。分析に使用したデータは、患者名、MR番号、アカウント識別子、生年月日、入院日、処置日は含んでいなかった。これらとその他の標準的な機密性およびデータの安全性のプロトコルを順守しているため、機密性が破られる可能性は最小限に抑えられていた。
[実施例4]
患者受け入れフォームの例(一部)
対象ID番号____________
到着日(月/日/年):_________________
到着時刻(24時間形式):_______:________
医療記録番号:________________________________
併存疾患(該当するもの全てにチェックしてください)
□ 肥満
□ 高血圧
□ 高脂血症
□ 糖尿病
□ 喘息
□ 慢性閉塞性肺疾患(COPD)
□ 冠動脈疾患
□ 心筋梗塞
□ 心不全
□ 脳血管疾患
□ 慢性腎臓疾患
□ がん - 具体的に記入してください___________________
初期バイタルサイン:______________________
バイタルサインの評価日(月/日/年):________________
バイタルサインの評価時間(24時間形式):_______:_______
体温:_____._____°F
脈拍数:_______拍動/分
血圧:_______/_______mmHg
酸素飽和度:__________%
呼吸数:毎分__________呼吸
SOFAスコア:(カテゴリーごとに1つのボックスに丸を付けてください)
Figure 2023520931000002
合計スコア:____________
採血
採血日(月/日/年):_____
採血時間(24時間形式):_____:______
注:全ての検査結果のコピーを、最低限、以下を含めて印刷し、添付してください:
□ 全血球数(CBC)
□ 化学分析(Chem 7)
□ 肝機能パネル
□ 血液培養
□ COVID血清学的分析
□ COVID PCR
X線撮影結果:______________________________
注:参加者の胸部X線読影のコピーを印刷して添付してください。
入院の場合は、滞在期間を記録してください(月/日/年 - 月/日/年)。
[実施例5]
RNA抽出を行わない呼気または口腔サンプルからのSARS-CoV-2 RNAの効率的な増幅。
本発明者らは、アッセイを簡素化し、テスト区画を広げることにより、SARS-CoV-2の検出を改善した。次に、本発明者らは、気道の3点からCOVIDをサンプリングする臨床試験を設計した。唾液/舌スクレイプによる口腔サンプル、または呼気を従来の鼻咽頭スワブと比較した。アッセイを単純化するために、本発明者らは、サンプルを安定化する必要をなくし、自宅でアッセイを行うことを可能にする、RNA抽出なしでサンプルに対して直接逆転写を行うことの実現性を調査した。本発明者らは、呼気中のエアロゾル化粒子を直接サンプリングするBubbler(商標)と呼ばれる呼気分析器の設計と検査について説明する。
結果。SARS-CoV-2は主に鼻咽頭スワブによって上気道でサンプリングされるが、ほとんどの死亡は下気道の関与によって生じる。伝染のリスクは呼気飛沫中のウイルス量の関数であるため、呼気中のウイルス量をアッセイすることには強い議論がある。ヒトの呼気中のSARS-CoV-2 RNAをアッセイするために、本発明者らは、サンプル収集の現場でRNAをDNAに逆転写するハンドヘルド型の呼気分析器を開発した。
Bubbler(商標)は、改良された代替的な捕獲デバイスとして開発された。臨床試験で使用されたプロトタイプは、呼気を油/RT混合エマルションを通してバブリングできるようにするガラス製ストローを備えた、改良された15mlのファルコンチューブであった。図1(C)および図6を参照されたい。
前臨床試験は、Bubbler(商標)サンプルのRT-PCR効率が培養細胞から抽出されたRNAと同レベルであることを実証した。従来的な方法で抽出されたRNAから検出できるよりも、1回の呼吸(10秒未満)から、より多くのrRNAを検出できた。
第14の実施形態において、本発明者らは、デバイスを最適化し、Bubbler(商標)を小型化でき、RT反応混合物がキット中で少なくとも2週間安定であることを実証した。図5を参照されたい。
本発明者らは、ロードアイランド病院の救急部門で遭遇した患者に対してBubbler(商標)を試験した。この臨床試験は、(a)呼気の診断の可能性、および(b)収集の現場での逆転写の実行可能性を明示的にテストすること意図していた。収集の現場で逆転写を実行することは、安定化およびRNA抽出ステップを排除し、プロトコルを簡素化する。キットは、1つのBubbler(商標)と対照として2つの唾液/舌スクレイプサンプルを含むように構築された。Bubbler(商標)から収集されたサンプルを対照と比較するために、いくつかの実験を行った。興味深いことに、舌スクレイプから収集されたサンプルはACE2受容体の発現について陽性であったが、Bubbler(商標)と舌スクレイプは別の区画からRNAをサンプリングしたことを示唆し、Bubbler(商標)サンプルでは、ACE2シグナルは検出されなかった。図6を参照されたい。
SARS-CoV-2がBubbler(商標)から検出できるかどうかを判断するために、SARS-CoV-2 RNAを増幅するRT-PCRアッセイを市販の陽性対照に対して最適化した。最適化は、CDCプライマーN1およびN2と同様な感度で機能するRTおよびPCRプライマーをもたらした。図2を参照されたい。ハウスキーピング遺伝子のRNase Pの増幅をサンプル対照として使用した。逆転写酵素反応混合物をBubbler(商標)とサンプルチューブに加え、ロードアイランド病院での治療中に同意した登録患者に用いられる検査キットにパッケージ化した。合計70人の患者が約7か月間にわたって検査された。図3を参照されたい。各患者は、Bubbler(商標)と舌スクレイプをテストするための試験への登録を提案され、標準的な救急部門の評価プロトコルの一部は、病院のスワブPCRテスト(H-PCR)を含んでいたため、これらの結果は比較に利用可能であった。3つのテストの陽性率は全て、CDCの全州的な検査データと一致していた。図3を参照されたい。ラボベースの舌スクレイプPCR(L-PCR)とBubbler(商標)ベースのPCR(B-PCR)の両方が、おそらく最適化されたPCRの効率が向上したために、H-PCRよりも多くの陽性サンプルを返した。
臨床試験で展開された3つのテスト間の比較を要約するために、二値分類検定を計算した。表1を参照されたい。H-PCRテストは、L-PCRテストと比較して0.65の陽性適中率(PPV)を示し、H-PCRとL-PCRからの結果は、有意に異なっていた(マクネマー検定、p=0.02)。H-PCRは、異常な胸部X線(XR陽性)に対して0.95のPPVを示した。H-PCRは、確認された陽性のBubbler(商標)テストで0.69のPPVを示した。確認された陽性のBubbler(商標)テストは、陽性のXRに対して0.94のPPVを示した。全体として、L-PCRで確認されたBubbler(商標)の結果は、H-PCRの陽性結果と同等に陽性のXRの強力な予測を示した。しかしながら、順位付け予測推定では、B-PCRはH-PCRの結果よりも陽性のXR所見に対してより強力な予測を示した(Z=1.98;p=0.02)。
未知のエラー率の複数のアッセイを比較することは、明確に定義された真の陽性の欠如によって制限されるが、例えば、X線で可視化された肺炎など、下気道の関与の証拠を伴うCOVID-19症例に対するBubbler(商標)の増加した予測力は、インフルエンザの区画化を連想させる。これらの結果は、下気道をサンプリングするための気管支肺胞洗浄の魅力的な代替手段として、Bubbler(商標)を位置づける。
鼻咽頭スワブと舌スクレイプに対するBubbler(商標)のベンチマークでは、これらのサンプルに対して実行されたPCRが、例えば、ウイルス粒子のゲノム;溶解された細胞中のウイルス転写産物など、異なる文脈において同じアンプリコンを測定している可能性を考慮しなければならない。Bubbler(商標)によって収集されたサンプルをよりよく特徴付けるために、70人の患者から収集された呼気中の細胞RNAの組成を再分析した。RNase Pのレベルは、呼気中の細胞RNAとSARS-CoV-2 RNAの比率を、従来的な方法で収集されたサンプルに対して比較するための代用値であった。RNase Pは全ての細胞で発現していると予想されるが、SARS-CoV-2 RNAはおそらく空気媒介性ウイルス粒子と溶解された細胞から放出された物質に局在している。この実施例で得られたデータは、SARS-CoV-2のCTスコアとRNase Pの比率が舌スクレイプで観察されたものよりも3倍以上高かったため、Bubbler(商標)サンプルがウイルス粒子により重きを置くものであることを示した。
収集チューブ中で逆転写を実行する利点は、ハイスループットな検査スキームでバーコード化cDNAを使用することであった。図7(A)。各RTプライマーはRNAの1つの領域を標的とするが、5’末端にある追加の配列によっても機能する。この配列は、シグナルを増幅するためのT7プロモーター、6ヌクレオチドのサンプルバーコード、および増幅で生じる複製から固有のRTイベントを区別するための3ヌクレオチドのランダムタグから成っていた。このアッセイの検出限界をテストするために、バーコード化プライマーを使用して、SARS-CoV-2の5倍希釈液10個と水ベースのブランク2個を三重にテストした。サンプルを逆転写し、プールし、2ステップのネステッドPCRストラテジーに付した。図7(B)を参照されたい。その結果得られたアンプリコンを配列決定した後、バーコードをカウントし、個々の増幅イベントに関連付けた。バーコードカウントは、レプリケート全体で、予想される数と大いに相関していた。相関は、334ゲノムコピーの検出限界に対応する5番目の系列希釈で失われた。
議論。呼気分析器からの凝縮物の分析を通して、本発明者らは、SARS-CoV-2がヒトの呼気において容易に検出可能であると結論付けている。ウイルスRNAは、口腔サンプルと比較してヒトの呼気でより濃縮されている一方、SARS-CoV-2を複製できる細胞からの内容物は唾液中に存在するが、ヒトの呼気には存在しない。この所見は、Bubbler(商標)で検出されたウイルスシグナルがウイルス粒子に由来することを示唆している。空気媒介性のウイルス粒子をサンプリングすることの重要性は、他の技術に対するBubbler(商標)の重要な利点である。Bubbler(商標)は進行中の感染を測定できるが、他の技術は進行中の感染と回復した以前のイベントとを区別できない。X線での異常は、以前の感染で引き起こされたダメージに起因する可能性があり、CDCの隔離ガイドラインである3か月は、過去に感染した患者のウイルスシグナルが長期化するという所見を反映したものである。患者がもはや感染していなくとも、細胞内に存在するウイルス断片のために、これらの状況を偽陽性として分類することは困難である。しかしながら、本発明者らは、以前に感染した患者のうち、Bubbler(商標)で陰性、舌スクレイプで陽性という一貫性のない症例を見出した。
異常なX線結果の予測においてBubbler(商標)が病院のアッセイと一致することに加えて、これらの結果は、Bubbler(商標)がSARS-CoV-2ウイルスが濃縮された区画をサンプリングすることを示しており、鼻咽頭スワブよりも現在の感染のより良い指標となる可能性が高い。
米国疾病対策センター(CDC)は、SARS-CoV-2感染の初期診断検査に上気道検体を推奨している。SARS-CoV-2の検出のための最高のウイルス量が得られるものの、エアロゾル化の可能性があるため、喀痰吸引によるサンプル収集は推奨されない。COVID-19肺炎が疑われる患者からの下気道サンプルの収集は、上気道サンプルが陰性の場合にのみ推奨されている。米国国立衛生研究所のコロナウイルス疾患2019(COVID-19)治療ガイドラインを参照されたい。
上気道検体の最も一般的な検査は、鼻咽頭スワブである。しかしながら、鼻咽頭スワブは非常に不快であり(例えば、ある患者は従来的なスワブを拒否した)、患者はしばしば処置中に咳、くしゃみ、または吐き気を催すため、鼻咽頭スワブもエアロゾル化のリスクを有する。Bubbler(登録商標)などの代替的なアッセイは、上気道サンプルの安全性とともに下気道サンプルを評価する。さらに、鼻咽頭スワブの代替法を見つけることで、スワブと輸送媒体のサプライチェーンを軽減し、エアロゾル化中の個人保護具の必要性を減らし、より快適な患者体験を提供できる。
この実施例の結果は、バーコード化がどのようにして、従来の検査の何分の一かのコストでハイスループットなRNAウイルス検査を可能にできるかを示している。並列化によるコストの節約と時間の節約に加えて、配列決定による診断は株の同定を可能とし、これは、伝染性と株特異的な治療決定の可能性について、より多くの情報が得られることから有用である。
実施形態のリスト
大規模並列RNAウイルス診断アッセイの具体的な組成物および方法が提示されている。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定義されるべきである。生物医学分野の当業者は、全ての請求項の用語を、開示の文脈および精神に一致する可能な限り広い様式で解釈するものとする。本明細書における詳細な説明は、例示的なものであり、限定的または網羅的なものではない。本発明は、本明細書に記載された特定の方法論、プロトコル、および試薬に限定されるものではなく、実際には変動し得る。本明細書または特許請求の範囲が、順序付けられたステップまたは機能を記載している場合、代替的な実施形態は、それらの機能を異なる順序で、または実質的に同時に実行しうる。生物医学分野の当業者が認識するように、本明細書に記載された発明の概念から逸脱することなく、既に記載されたもの以外の他の同等物および改変が可能である。
本明細書を通して引用される全ての特許および刊行物は、本明細書に記載される技術とともに使用される材料および方法を開示および説明するために、参照により組み込まれる。特許および刊行物は、本明細書の出願日以前におけるそれらの開示のみのために提供されている。特許および刊行物の開示および発行日に関する全ての記述は、本発明者らの情報および信念に基づいている。本発明者らは、これらの文書の内容または日付の正確性について自認するものではない。本明細書に記載された日付と実際の発行日に相違がある場合は、実際の発行日付が優先されるものとする。本発明者らは、先の発明または別の理由のために、そのような開示に実際より前の日付をつける可能性がある。以前の特許または刊行物の科学的または技術的教示と本明細書との間に矛盾がある場合には、本明細書およびこれらの請求項の教示が支配するものとする。
本明細書に数値の範囲が記載されている場合、その範囲の上限と下限の間に介在する各数値は、文脈上他に指示されない限り、数値の範囲内にある。
参考文献
生物医学分野の当業者は、本発明を作成および使用する際に、これらの科学的参考文献を予測可能な結果へのガイダンスとして使用することができる。
非特許文献
Duguid, The size and the duration of air-carriage of respiratory droplets and droplet-nuclei. The Journal of Hygiene 44, 471-479 (1946). Early research from different types of exhaled breath (e.g. sneezing, coughing and talking loudly) has demonstrated a wide range of droplet sizes that persist in the air .
Asadi et al., Aerosol emission and superemission during human speech increase with voice loudness. Scientific Reports 9, 2348 (2019). Research from different types of exhaled breath (e.g. sneezing, coughing and talking loudly) has demonstrated a wide range of droplet sizes that persist in the air.
Pasomsub et al., Saliva sample as a non-invasive specimen for the diagnosis of coronavirus disease 2019: a cross-sectional study. Clin. Microbiol. Infect. 27, 285 (2021). Testing strategies for active or prior infection rely on detection of viral RNA or antibodies to the virus. Collection is usually performed in the upper respiratory tract by saliva or nasopharyngeal swab, which have comparable sensitivities (97% agreement).
Wolfel et al., Virological assessment of hospitalized patients with COVID-2019. Nature 581, 465-469 (2020). While samples contain active coronavirus, a recent study suggested influenza was compartmentalized.
Yan et al., Infectious virus in exhaled breath of symptomatic seasonal influenza cases from a college community. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 115, 1081-1086 (2018). While samples contain active coronavirus, a recent study suggested influenza was compartmentalized.
Charlson et al., Topographical continuity of bacterial populations in the healthy human respiratory tract. Am. J. Respir. Crit. Care Med. (184), 957-963 (2011). Prior studies failed to detect differences between lung microbiome and the microbiome of the upper respiratory tract.
Hermans &. Bernard, Lung epithelium-specific proteins: characteristics and potential applications as markers. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 159, 646-678 (1999). Cellular genes expressed predominantly in the lung include the family of Surfactant-associated proteins (e.g. SP-A). ACE-2 expression is found, but not restricted to the lung.
Li, Wang & Lv, Prolonged SARS-CoV-2 RNA shedding: Not a rare phenomenon. J. Med. Virol. 92, 2286-2287 (2020). An abnormal X-ray can result from damage caused during prior infections, and the CDC’s isolation guideline of three months reflected findings of prolonged viral signal in previously-infected patients.
Yu et al., Quantitative detection and viral load analysis of SARS-CoV-2 in infected patients. Clin. Infect. Dis. 71, 793-798 (2020). Despite yielding the highest viral loads for the detection of SARS-CoV-2, sample collection via sputum induction is not recommended due to the likelihood of aerosolization.
Tu et al., Swabs collected by patients or health care workers for SARS-CoV-2 testing. N. Engl. J. Med. 383, 494-496 (2020). Nasopharyngeal swabs carry an aerosolization risk, because they are so uncomfortable that patients often cough, sneeze or gag during the procedure.
Hossain et al., A Massively Parallel COVID-19 Diagnostic Assay for Simultaneous Testing of 19200 Patient Samples.
教科書と技術参考書
Current Protocols in Immunology (CPI) (2003). John E. Coligan, ADA M Kruisbeek, David H Margulies, Ethan M Shevach, Warren Strobe, (eds.) John Wiley and Sons, Inc. (ISBN 0471142735, 9780471142737).
Current Protocols in Molecular Biology (CPMB), (2014). Frederick M. Ausubel (ed.), John Wiley and Sons (ISBN 047150338X, 9780471503385).
Current Protocols in Protein Science (CPPS), (2005). John E. Coligan (ed.), John Wiley and Sons, Inc.
Immunology (2006). Werner Luttmann, published by Elsevier.
Janeway's Immunobiology, (2014). Kenneth Murphy, Allan Mowat, Casey Weaver (eds.), Taylor & Francis Limited, (ISBN 0815345305, 9780815345305).
Laboratory Methods in Enzymology: DNA, (2013). Jon Lorsch (ed.) Elsevier (ISBN 0124199542).
Lewin's Genes XI, (2014). published by Jones & Bartlett Publishers (ISBN-1449659055).
Molecular Biology and Biotechnology: a Comprehensive Desk Reference, (1995). Robert A. Meyers (ed.), published by VCH Publishers, Inc. (ISBN 1-56081-569-8).
Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 4th ed., Michael Richard Green and Joseph Sambrook, (2012). Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y., USA (ISBN 1936113414).
The Encyclopedia of Molecular Cell Biology and Molecular Medicine, Robert S. Porter et al. (eds.), published by Blackwell Science Ltd., 1999-2012 (ISBN 9783527600908).
The Merck Manual of Diagnosis and Therapy, 19th edition (Merck Sharp & Dohme Corp., 2018).
Pharmaceutical Sciences 23rd edition (Elsevier, 2020).

Claims (15)

  1. (1)対象が息を吹き込むことができる上部のチューブ;および
    (2)デバイスの下部にあるレセプタクル;
    を含むデバイスであって、
    前記チューブと前記レセプタクルが、一緒に取り付けられており;
    前記レセプタクルが、油/水混合物を含んでおり、ここで、前記油は逆転写酵素反応を阻害せず;
    前記油/水が、逆転写酵素、逆転写酵素反応のためのプライマー、ならびに逆転写酵素反応のための試薬およびバッファーを含む、デバイス。
  2. 前記油/水混合物中の前記油が、キャノーラ油または鉱油である、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記レセプタクル中での逆転写が、サンプル中のRNAを安定で分子的にバーコード化されたcDNAに変換する、請求項1に記載のデバイス。
  4. 前記安定で分子的にバーコード化されたcDNAが、下流の大規模配列決定に基づく並列診断に適合する、請求項3に記載のデバイス。
  5. ヒトの呼気中のRNAウイルスのスクリーニングとして使用するための、請求項1に記載のデバイス。
  6. ヒトの呼気中のDNAウイルスのスクリーニングとして使用するための、請求項1に記載のデバイス。
  7. ヒトの呼気中の呼吸器ウイルスのスクリーニングとして使用するための、請求項1に記載のデバイス。
  8. 前記呼吸器ウイルスがCOVID-19(SARs-CoV-2)である、請求項7に記載のデバイス。
  9. 環境中の空気媒介性ウイルスのスクリーニングとして使用するためのデバイスであって、真空ポンプが通気口に適用される、請求項1に記載のデバイス。
  10. 呼気中の非ウイルス性核酸の検出に使用するための、請求項1に記載のデバイス。
  11. 環境中のエアロゾル化されたDNAの検出に使用するための、請求項1に記載のデバイス。
  12. ウイルスの株を同定するための配列決定に使用されるサンプルを収集するのに使用するための、請求項1に記載のデバイス。
  13. (1)対象が息を吹き込むことができる上部のチューブ;および
    (2)デバイスの下部にあるレセプタクル;
    を含むデバイスであって、
    前記レセプタクルが、そこからRNAウイルスが収集され得るバルーンである、デバイス。
  14. 空気媒介性SARs-CoV-2ウイルス粒子からのRNAをサンプルに特異的なバーコード化cDNAへと逆転写する方法であって、
    (1)COVID-19が疑われる患者から深呼吸サンプルを取得するステップ;
    (2)サンプルに特異的なバーコード化プライマーを用いて、ウイルスRNAをウイルスcDNAに逆転写するステップを含む、方法。
  15. (3)超並列アッセイによる分析のためにサンプルをプールするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
JP2022561490A 2020-04-11 2021-04-12 Rnaウイルス診断アッセイ Pending JP2023520931A (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063008693P 2020-04-11 2020-04-11
US63/008,693 2020-04-11
US202063009165P 2020-04-13 2020-04-13
US63/009,165 2020-04-13
PCT/US2021/026919 WO2021207741A1 (en) 2020-04-11 2021-04-12 Rna virus diagnostic assay

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023520931A true JP2023520931A (ja) 2023-05-22

Family

ID=78022546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022561490A Pending JP2023520931A (ja) 2020-04-11 2021-04-12 Rnaウイルス診断アッセイ

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230167512A1 (ja)
EP (1) EP4133104A1 (ja)
JP (1) JP2023520931A (ja)
CN (1) CN115698326A (ja)
AU (1) AU2021253963A1 (ja)
CA (1) CA3179902A1 (ja)
WO (1) WO2021207741A1 (ja)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3667317A1 (en) * 2012-03-08 2020-06-17 Sensa Bues AB A portable sampling device and method for detection of biomarkers in exhaled breath
JP2017532024A (ja) * 2014-09-09 2017-11-02 ザ・ブロード・インスティテュート・インコーポレイテッド コンポジット単一細胞核酸分析のための液滴ベースの方法および機器
US10859473B2 (en) * 2016-04-06 2020-12-08 University Of Florida Research Foundation, Inc. Bioaerosol detection systems and methods of use
NL2021637B1 (en) * 2018-09-14 2020-05-07 Stichting Katholieke Univ Breath sampler

Also Published As

Publication number Publication date
US20230167512A1 (en) 2023-06-01
CA3179902A1 (en) 2021-10-14
CN115698326A (zh) 2023-02-03
AU2021253963A1 (en) 2022-12-08
WO2021207741A1 (en) 2021-10-14
EP4133104A1 (en) 2023-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Copeland et al. Chronic rhinosinusitis: potential role of microbial dysbiosis and recommendations for sampling sites
Huang et al. SARS-CoV-2 infection of the oral cavity and saliva
Fabian et al. Influenza virus in human exhaled breath: an observational study
Creer et al. Aetiological role of viral and bacterial infections in acute adult lower respiratory tract infection (LRTI) in primary care
Kapoor et al. Clinical and laboratory findings of the first imported case of Middle East respiratory syndrome coronavirus to the United States
Cho et al. High rates of detection of respiratory viruses in the nasal washes and mucosae of patients with chronic rhinosinusitis
Bruminhent et al. Clinical characteristics and risk factors for coronavirus disease 2019 (COVID-19) among patients under investigation in Thailand
Laurent et al. Viral epidemiology and severity of respiratory infections in infants in 2009: a prospective study
Musso et al. Post-mortem detection of SARS-CoV-2 RNA in long-buried lung samples
Huh et al. Prolonged shedding of type 55 human adenovirus in immunocompetent adults with adenoviral respiratory infections
Duan et al. Efficient detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) from exhaled breath
Subramaniyan et al. Characterization of the SARS-CoV-2 host response in primary human airway epithelial cells from aged individuals
Lopez et al. A method of processing nasopharyngeal swabs to enable multiple testing
Kapitula et al. Performance & quality evaluation of marketed COVID-19 RNA detection kits
Truong et al. Rapid antigen assays for SARS-CoV-2: promise and peril
Huebinger et al. Variations of the lung microbiome and immune response in mechanically ventilated surgical patients
Jaumdally et al. Frequency, kinetics and determinants of viable SARS-CoV-2 in bioaerosols from ambulatory COVID-19 patients infected with the Beta, Delta or Omicron variants
Mahendra et al. Wide application of minimally processed saliva on multiple RT-qPCR kits for SARS-CoV-2 detection in Indonesia
Clark et al. Rapid Assay for Sick Children with Acute Lung infection Study (RASCALS): diagnostic cohort study protocol
US20230167512A1 (en) Rna virus diagnostic assay
Verma et al. Variation in severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 bioaerosol production in exhaled breath
Lebreil et al. Surfaces and air contamination by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 using high-flow nasal oxygenation or assisted mechanical ventilation in intensive care unit rooms of patients with coronavirus disease 2019
Wang et al. The clinical application of metagenomic next-generation sequencing in infectious diseases at a tertiary hospital in China
Elabbadi et al. Respiratory virus-associated infections in HIV-infected adults admitted to the intensive care unit for acute respiratory failure: a 6-year bicenter retrospective study (HIV-VIR study)
Chu et al. Insufficiency in airway interferon activation defines clinical severity to infant RSV infection

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240408