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[GT] 새로운 랩온어칩 ‘PCR 미니어처 버전’ 개발
최근 세계적인 명문 공립대학인 인페리얼 칼리지 런던(Imperial Co...
최근 세계적인 명문 공립대학인 인페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)에서 트라이실릭스(TriSilix)로 알려진 ‘마이크로 실험실’ 칩이 개발되었다. 현장 내 ‘중합 효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction)’, 약자로 PCR 분석의 미니어처 버전의 역할을 수행한다. PCR은 체액, 대변 또는 환경 샘플과 같은 생물학적 샘플에서 바이러스와 박테리아를 검출하기 위한 황금률(gold-standard) 테스트로 알려져 있다.

PCR은 일반적으로 실험실에서 수행되므로 테스트 결과를 즉시 확인할 수 없다. 그러나 트라이실릭스는 단 몇 분 만에 결과를 처리하고 표시할 수 있다.

칩은 실리콘으로 만들어졌다. 실리콘 자체는 ​​저렴하지만 일반적으로 칩으로 처리하는 데 비용이 많이 든다. 그러나 이 새로운 랩온어칩(lab on a chip)을 만들기 위해 연구원들은 표준 실험실에서 칩을 생산하는 일련의 방법을 개발하여 제조에 소요되는 비용과 시간을 줄이고 잠재적으로 전세계 어디서나 생산할 수 있도록 했다.

면봉을 실험실로 보내거나 클리닉을 방문하는 대신 트라이실릭스를 사용하면 손톱 크기의 칩으로 실험실을 방문하는 것과 같은 효과를 낼 수 있다. 전염병이 있는 소비자는 당뇨병 환자가 혈당 검사를 사용하는 것처럼 이 칩을 사용할 수 있습니다.

연구진은 지금까지 트라이실릭스를 사용하여 주로 동물에 존재하는 세균 감염과 코로나 바이러스(SARS-CoV-2)의 유전 물질 합성 버전을 진단했다.

연구원들은 이 시스템이 가까운 미래에 휴대용 혈당 검사 방식의 장치에 장착될 수 있다고 말한다. 이를 통해 사람들은 스스로 검사하고 집에서 감기, 독감, 재발성 감염에 대한 결과를 얻을 수 있다.

코로나19와 같은 감염 검사를 위한 테이블탑 장치는 이미 존재하지만 환자가 병원을 방문하고 의료진이 샘플을 채취한 후, 다시 환자는 귀가하거나 병원에 머물러야하기 때문에 이러한 검사는 시간과 비용이 많이들 수 있다. 병원에 머물기를 꺼리는 사람들이 병원균을 다른 사람에게 퍼뜨릴 위험도도 증가한다.

트라이실릭스는 인체 샘플을 통해 검증이 되었으며, 이 새로운 테스트는 클리닉 외부, 집 또는 이동 중에도 수분 내에 결과를 제공할 수 있다.

또한 휴대성이 뛰어나 샘플 운송 과정이 제거되어 감염 진단을 가속화하고 비용을 절감할 수 있다. 더불어 이 테스트는 고도로 훈련된 전문 의료인이 없이 사용자가 바로 검사를 수행할 수 있다. 따라서 자가 격리가 필요한 경우 잠재적으로 다른 사람을 감염시키지 않고 즉각적으로 검사를 시작할 수 있다.

클리닉이 멀리 떨어져 있고 이동 비용이 많이 드는 저소득 국가의 교외 지역에 거주하는 사람들에게는 이 테스트를 보다 쉽고 저렴하게 ​​접근할 수 있도록 만드는 것이 특히 더 중요하다. 

실제로 환자에게 이 테스트 장치가 제공되면 항생제에도 불구하고 종종 재발하는 요로 감염과 같은 감염을 스스로 진단하고 모니터링하는 데 사용할 수 있다. 가정 내에서 감염을 모니터링하면 의사의 도움을 받아 환자가 항생제 사용을 개인화하고 맞춤화하여 증가하는 항생제 내성 문제를 줄이는 데도 도움이 될 수 있을 전망이다.

각각의 트라이실릭스 랩온어칩에는 DNA 센서, 온도 감지기, 히터가 포함되어있어 테스트 프로세스를 자동화할 수 있다. 일반적인 스마트폰 배터리를 이용하면 한 번 충전으로 최대 35개의 테스트 장치에 전력을 공급할 수 있다.

연구진은 임상 샘플로서 트라이실릭스를 검증하고 샘플 준비를 자동화하며 휴대용 전자 장치로 발전시킬 계획이다. 이들은 개발도상국의 가정, 농장 또는 원격 위치에서 자원이 제한된 환경에 이 테스트를 제공하기 위해 여러 파트너들과 현재 자금 제공자를 찾고 있는 중이다.

[References]
Nature Communications, December 2020, “Disposable Silicon-Based All-in-one micro-qPCR for Rapid On-site Detection of Pathogens,” by Estefania Nunez-Bajo, et al.  © 2020 Springer Nature Limited.  All rights reserved.

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https://www.nature.com/articles/s41467-020-19911-6
Disposable silicon-based all-in-one micro-qPCR for rapid on-site detection of pathogens chr(124)_pipe Nature Communications

A ‘micro laboratory’ chip, known as TriSilix, was recently developed at Imperial College London. It performs a miniature version of the polymerase chain reaction or PCR analysis on the spot. PCR is the gold-standard test for detecting viruses and bacteria in biological samples such as bodily fluids, feces, or environmental samples.

PCR is usually performed in a laboratory, which means test results aren’t immediately available. However, TriSilix can process and present results in a matter of minutes.

The chip is made from silicon. Silicon itself is cheap, however, it is typically expensive to process into chips. To make this new lab-on-a-chip, the researchers developed a series of methods to produce the chips in a standard laboratory, cutting the costs and time it takes to fabricate them and potentially allowing them to be produced anywhere in the world.

Rather than sending swabs to the lab or going to a clinic, TriSilix lets the lab could come to you on a fingernail-sized chip. Consumers with infectious diseases can use the test much like people with diabetes use blood sugar tests, simply providing a sample and waiting for results.

The researchers have so far used TriSilix to diagnose a bacterial infection mainly present in animals as well as a synthetic version of the genetic material from SARS-CoV-2, the virus behind COVID-19.

The researchers say the system could in the future be mounted onto handheld blood sugar test-style devices. This would let people test themselves and receive results at home for colds, flu, and recurrent infections.

Table-top devices for testing of infections like COVID-19 already exist, but these tests can be time-consuming and costly since the patient must go to a clinic, have a sample taken by a healthcare worker and go home or stay in the clinic to wait.  People leaving their homes when not feeling well increases the risk of spreading a pathogen to others.

If validated on human samples, this new test could provide results outside a clinic, at home, or on-the-go within minutes.

Furthermore, a highly portable test could accelerate the diagnosis of infections and reduce costs by eliminating the transportation of samples.  Such tests could be performed by citizens in the absence of highly trained medical professionals; hence, if they need to self-isolate, they can start immediately without potentially infecting others.

Making testing more accessible and cheaper is especially important for people in rural areas of low-income countries, where clinics can be far away and expensive to travel to.  If made available to patients, it could also be used to diagnose and monitor infections like urinary tract infections, which often recur despite antibiotics.

Monitoring infections at home could even help patients, with the help of their doctor, to personalize and tailor their antibiotic use to help reduce the growing problem of antibiotic resistance.

Each TriSilix lab-on-a-chip contains a DNA sensor, temperature detector, and heater to automate the testing process. A typical smartphone battery could power up to 35 tests on a single charge.

Next, the researchers plan to validate TriSilix with clinical samples, automate the preparation of samples and advance their handheld electronics. They are looking for partners and funders to help accelerate the translation of the technology to deliver testing at resource-limited settings at homes, farms, or remote locations in the developing world. 

[References]
Nature Communications, December 2020, “Disposable Silicon-Based All-in-one micro-qPCR for Rapid On-site Detection of Pathogens,” by Estefania Nunez-Bajo, et al.  © 2020 Springer Nature Limited.  All rights reserved.

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