研究人员发明了一种生物电设备，可以迅速识别和分类新的冠状病毒变异株，以确定最危险的变体。该技术在检测其他类型的病毒方面也显示出希望。
康奈尔大学的研究人员设计了一种生物电设备，可以迅速检测和分类新出现的冠状病毒变异株，突出显示那些影响最大的变体。这个创新可能也适用于多种其他病毒。
该工具利用微芯片上的细胞膜（称为生物膜）来模拟细胞的环境和感染过程。这使研究人员能够快速分析令人担忧的变异株，并理解驱动疾病传播的机制，从而绕开活系统的复杂性。
“我们常常在新闻中目睹令人担忧的病毒变异株，如德尔塔和奥密克戎，造成恐慌。人们经常想知道，‘我的疫苗是否能够保护我对抗这种新变体？我应该有多担心？’”化学工程教授、在《自然通讯》发表论文的资深作者苏珊·丹尼尔解释道。“确定新变体的严重性需要时间。”
虽然过去已经将许多生物成分整合到微芯片中，如细胞和类器官结构，但这一新平台通过在细胞膜水平复制引发感染的生物信号和过程而脱颖而出。实质上，它使变体表现得像是在与其潜在宿主的真实细胞系统进行互动。
“变体能够通过生物膜层传递其遗传物质的能力与其感染人类的威胁水平之间可能存在关联，”丹尼尔表示。“如果变体有效释放其遗传物质，这可能是密切监测或开发新疫苗的指标。如果不是，可能就不那么令人担忧。这里的关键是迅速对这些变体进行分类，以做出明智的决定，我们的设备使我们能够快速实现这一点。这些测试只需要几分钟，且是‘无标记’的，去除了为监测目的标记病毒的需要。”
通过准确模拟触发病毒的生物条件和信号，研究人员还可以操控这些信号以观察病毒的反应。
“这是一个独特的工具，用于理解感染过程背后的基础科学以及促进或阻碍其的影响，”丹尼尔指出。“通过隔离反应序列中的各个阶段，我们可以识别促进或阻碍感染的因素。”
该平台可以根据研究人员对易感染细胞类型及其促进特定感染的生物特征的理解，定制用于其他病毒，如流感和麻疹。例如，流感需要降低pH值来激活其凝集素，而冠状病毒则依赖酶来激活其刺突蛋白。
“每种病毒都有其独特的机制。理解它们对于在芯片上复制感染过程至关重要，”丹尼尔强调。“一旦你掌握了这些机制，就可以调整平台以适应所需的特定条件。”
该研究的合著者包括博士生安比卡·帕乔里、康斯坦丁·卡利齐斯和来自剑桥大学的吕紫轩。
这项研究得到了国防高级研究计划局（DARPA）、陆军研究办公室、康奈尔大学史密斯博士后创新奖学金、施密特未来计划和国家科学基金会的支持。
