Rapid Detection of TB from Blood using Cell-Free DNA and CRISPR
使用无细胞 DNA 和 CRISPR 快速检测血液中的结核病
基本信息
- 批准号:10620065
- 负责人:
- 金额:$ 79.52万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-07-17 至 2027-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AddressAdultAffinityAftercareArkansasBindingBiological AssayBiological MarkersBloodBlood TestsBlood specimenCOVID-19CaliforniaCessation of lifeChildChildhoodClinicalClinical ResearchClinical SensitivityClustered Regularly Interspaced Short Palindromic RepeatsCollaborationsCommunicable DiseasesCryopreservationDNADNA BindingDetectionDiagnosisDiagnosticDiagnostic SensitivityDiagnostic SpecificityDiseaseDrug resistance in tuberculosisExtinctionFluorescenceGoalsGrowthHIVImmunocompromised HostLaboratoriesLateralLung diseasesMexicoMicroscopyMolecularMonitorMycobacterium tuberculosisNonlinear DynamicsPakistanPaperPatient-Focused OutcomesPatientsPediatricsPerformancePersonsPharmaceutical PreparationsPilot ProjectsPredispositionProcessProteinsReaderReference StandardsReporterReportingResearchResource-limited settingRiskSamplingSensitivity and SpecificitySignal TransductionSouth AfricaSpecificitySputumTestingTriageTuberculosisTuberculosis diagnosisUnited States National Institutes of HealthUniversitiesaccurate diagnosisbiobankcell free DNAco-infectioncohortcostcross reactivitydetection assaydetection limitdiagnostic criteriainnovationisothermal amplificationlateral flow assaymolecular diagnosticsmortalitynon-tuberculosis mycobacterianovelnucleaseperipheral bloodpoint-of-care diagnosticsprospectiverapid detectionrapid diagnosisrapid testtechnology platformtransmission processtuberculosis diagnosticstuberculosis treatment
项目摘要
Project Summary
While >90% of TB cases are curable, treatment is dependent on diagnostics based exclusively on the detection
of Mycobacterium tuberculosis (Mtb) in patient sputum, despite the limitations of sputum as a diagnostic
sample. Sputum is difficult to process, almost impossible to obtain from patients with paucibacillary TB, such as
people living with HIV (PLWH) and children and is not diagnostic for patients with extrapulmonary TB. A low-
cost, rapid test using blood instead of sputum could transform TB diagnosis for ALL patients and
reduce the current diagnostic gap between patients with and without HIV co-infection. Most active TB
disease (ATB) is still diagnosed with sputum smear microscopy, despite its low sensitivity and specificity. This
lack of diagnostic rigor contributes to the ongoing underdiagnosis of ~3 million TB cases/year, resulting in
continued transmission and poor patient outcomes, especially among PLWH in whom mortality is highest. Our
long-term goal is to transform TB diagnosis with a blood test that accurately distinguishes patients with ATB
from latent TB infection (LTBI), and other pulmonary disorders regardless of co-infection with HIV. The
objective of this study is to demonstrate the analytical and clinical performance of a novel assay for rapid
diagnosis and treatment monitoring of ATB that exploits the precise molecular affinity of CRISPR and
promiscuous nuclease activity of Cas12a to detect ultra-low concentrations of Mtb cell free DNA (cfDNA)
circulating in blood. Preliminary analytical studies indicate assay detection limits of <1fg/µL of Mtb cfDNA in
blood and no cross-reactivity with non-tuberculosis mycobacteria (NTM) DNA. Preliminary clinical studies
including adults and children with presumptive TB, as well as samples from a diagnostically challenging cohort
of symptomatic immunocompromised children living with HIV, demonstrated high diagnostic sensitivity and
specificity in a pooled adult and pediatric group (>90%), and high diagnostic sensitivity (85%) in children. We
will achieve our proposed objective through the following specific aims: AIM 1: Validate a lateral flow version
of the CRISPR-TB assay for low resource settings. Our current working assay requires a PCR step and
fluorescence reader. Preliminary studies indicate we can significantly simplify this workflow using isothermal
amplification and a novel lateral flow (LF) strip for detection of Mtb cfDNA. We will expand on our pilot studies
to validate the existing LF assay using contrived and clinical samples. AIM 2: Define the dynamics of the Mtb
cfDNA signal for treatment monitoring. Preliminary studies indicate the Mtb cfDNA signal decreases to
extinction after treatment initiation but can have non-linear dynamics. We will define the variability and
trajectory of the Mtb cfDNA signal in biobanked serial samples from 34 patients treated for drug resistant TB
over a year, and 50 prospectively collected patients with drug susceptible TB treated over six months. AIM 3:
Determine the clinical sensitivity and specificity of the CRISPR-TB assay in field settings. We will
prospectively collect and test blood samples from 450 patients at risk for TB in TB-endemic field settings with
high (South Africa), medium (Pakistan) and low (Mexico) HIV burden.
项目概要
虽然 >90% 的结核病病例是可以治愈的,但治疗取决于完全基于检测的诊断
尽管痰作为诊断手段存在局限性,但患者痰中结核分枝杆菌 (Mtb) 的检测
痰液样本很难处理,几乎不可能从少有杆菌的结核病患者身上获得,例如。
艾滋病毒感染者 (PLWH) 和儿童,且未被诊断为肺外结核患者 A 低。
成本,使用血液代替痰进行快速检测可以改变所有患者的结核病诊断,
缩小目前患有和未感染艾滋病毒合并感染的患者之间的诊断差距。
尽管其敏感性和特异性较低,但仍通过痰涂片镜检来诊断结核病(ATB)。
缺乏严格的诊断导致每年约 300 万结核病病例的漏诊,导致
持续传播和患者预后不佳,尤其是死亡率最高的感染者。
长期目标是通过准确区分 ATB 患者的血液检测来改变结核病诊断
潜伏性结核感染 (LTBI) 和其他肺部疾病,无论是否同时感染 HIV。
本研究的目的是证明一种新型快速检测方法的分析和临床性能
利用 CRISPR 的精确分子亲和力对 ATB 进行诊断和治疗监测
Cas12a 的混杂核酸酶活性可检测超低浓度的 Mtb 无细胞 DNA (cfDNA)
初步分析研究表明,Mtb cfDNA 的检测限为 <1fg/μL。
血液中未检测到与非结核分枝杆菌 (NTM) DNA 的交叉反应。
包括疑似患有结核病的成人和儿童,以及来自具有诊断挑战性的队列的样本
对感染艾滋病毒的有症状的免疫功能低下儿童进行的研究显示出高诊断敏感性
成人和儿童合并组的特异性(>90%),儿童的诊断敏感性高(85%)。
将通过以下具体目标实现我们提出的目标: 目标 1:验证侧向流动版本
我们当前的工作检测需要 PCR 步骤和
初步研究表明我们可以使用等温显着简化此工作流程。
我们将扩大我们的试点研究。
使用人工和临床样本验证现有的 LF 测定 AIM 2:定义 Mtb 的动态。
用于治疗监测的 cfDNA 信号初步研究表明 Mtb cfDNA 信号降低至
治疗开始后消退,但可能具有非线性动态,我们将定义变异性和
生物样本库中 34 名耐药结核病患者的 cfDNA 信号轨迹
超过一年的时间,以及 50 名前瞻性收集的接受药物敏感结核病治疗超过六个月的患者 AIM 3:
我们将确定 CRISPR-TB 测定在现场的临床敏感性和特异性。
前瞻性地收集和检测结核病流行地区 450 名有结核病风险的患者的血液样本
高(南非)、中(巴基斯坦)和低(墨西哥)艾滋病毒负担。
项目成果
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