Rapid point-of-care detection of Hepatitis C viral RNA using multiplexed CRISPR/Cas platforms

使用多重 CRISPR/Cas 平台快速即时检测丙型肝炎病毒 RNA

基本信息

  • 批准号:
    10613983
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-05-01 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT ABSTRACT/SUMMARY In 2017, WHO estimated 71 million people had chronic Hepatitis C Virus (HCV) but 40-50% of the living patients were unaware of their infection status. In 2016 alone, an estimated 399,000 HCV-related deaths were reported by WHO. CDC estimates that between 2013-2016, around 2.4 million people were infected with HCV within the US and only a fraction of them were diagnosed properly. A rapid and inexpensive detection of HCV RNA would allow quicker intervention and can significantly reduce the risk of death and infection rate, especially in resource-limited settings. By engineering and multiplexing CRISPR/Cas systems in unique ways ultra- sensitive detection of low copies of HCV RNA can be achieved for blood samples within 30 minutes. This project proposes development and clinical validation of two highly innovative CRISPR-based approaches for detecting HCV genotype in a lateral flow assay. Type V and VI CRISPR/Cas systems when bound with their specific target nucleic acid sequence, activate a secondary collateral nuclease activity that can rapidly cleave single-stranded nucleic acids in a non-specific multiple turnover manner. This collateral nuclease activity has been utilized for rapidly detecting nucleic acids. However, they have nanomolar sensitivity and require pre-amplification of a target to achieve attomolar detection that is desirable for clinical use. While pre-amplification can be achieved by isothermal techniques this requires additional manipulation steps and a stable temperature control increasing the time and cost of an assay. To eliminate the need for target pre-amplification while maintaining high sensitivity and specificity, this high-risk/high-reward project proposes two innovative approaches to achieve rapid detection of HCV RNA without any target amplification. For the first aim, a recently developed `CRISPR-ENHANCE' (CE) platform from the PI's lab that achieved femtomolar detection of nucleic acids in 30 minutes without any target pre-amplification (Nguyen et al., Nat. Comm., 2020) will be tested in a combinatorial fashion to further enhance the sensitivity for detecting clinical levels of HCV RNA using a lateral flow assay. The second aim is to develop and clinically validate a CRISPR Chain Reaction (CCR) based test for detecting HCV RNA and genotypes using multiplexed lateral flow assay and quantifying RNA using a simple fluorescence-based point-of-care device. Both the approaches will be clinically validated in banked samples with acute/chronic infections as well as longitudinally monitor patients undergoing anti-viral therapy in collaboration with Hepatitis C Therapeutic Registry and Research Network (HCV-TARGET), an international consortium of leading HCV investigators. All the components as defined by the ASSURED (Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Rapid and robust, Equipment-free and Deliverable to end-users) criteria by WHO. The development of a rapid diagnostic platform would allow quicker treatment, reduce outbreak and faster response from patients. In future, this approach would enable detection of other genotypes of HCV and etiologic agents.
项目摘要/总结 2017 年,世界卫生组织估计有 7100 万人患有慢性丙型肝炎病毒 (HCV),但 40-50% 的人患有慢性丙型肝炎病毒 (HCV) 患者不知道自己的感染状况。仅 2016 年,估计就有 399,000 例 HCV 相关死亡 世界卫生组织报告。 CDC估计,2013年至2016年间,大约有240万人感染了HCV 在美国,只有一小部分人得到了正确诊断。快速且廉价的 HCV 检测 RNA将允许更快的干预,并可以显着降低死亡风险和感染率,尤其是 在资源有限的环境中。通过以独特的方式设计和多重化 CRISPR/Cas 系统, 可在30分钟内实现血样低拷贝HCV RNA的灵敏检测。这个项目 提出开发和临床验证两种高度创新的基于 CRISPR 的检测方法 侧流检测中的 HCV 基因型。 V 型和 VI 型 CRISPR/Cas 系统与特定靶标结合时 核酸序列,激活可快速切割单链的次级附属核酸酶活性 核酸以非特异性多次周转方式。这种附带核酸酶活性已被用于 快速检测核酸。然而,它们具有纳摩尔级灵敏度并且需要对目标进行预放大 实现临床应用所需的阿托摩尔检测。虽然预放大可以通过以下方式实现 等温技术这需要额外的操作步骤和稳定的温度控制 测定的时间和成本。 为了消除对目标预放大的需要,同时保持高灵敏度和特异性,这 高风险/高回报项目提出两种创新方法来实现HCV RNA的快速检测 没有任何目标放大。为了实现第一个目标,最近开发了“CRISPR-ENHANCE”(CE)平台 PI实验室在30分钟内实现飞摩尔级核酸检测,无需任何目标预扩增 (Nguyen 等人,Nat. Comm.,2020)将以组合方式进行测试,以进一步增强对 使用侧流检测检测 HCV RNA 的临床水平。第二个目标是开发并临床 验证基于 CRISPR 链反应 (CCR) 的测试,用于使用多重检测 HCV RNA 和基因型 使用简单的基于荧光的护理点设备进行侧流测定和定量 RNA。两者都 这些方法将在急性/慢性感染的库样本中进行临床验证,并进行纵向验证 与丙型肝炎治疗登记处合作监测接受抗病毒治疗的患者 研究网络 (HCV-TARGET),一个由领先的 HCV 研究人员组成的国际联盟。所有的 ASSURED 定义的组件(经济实惠、灵敏、具体、用户友好、快速且稳健、 世卫组织的标准(无需设备且可交付给最终用户)。快速诊断平台的开发 将允许更快的治疗、减少疫情爆发和患者更快的反应。未来,这种方法将 能够检测 HCV 的其他基因型和病原体。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Programmable RNA detection with CRISPR-Cas12a.
使用 CRISPR-Cas12a 进行可编程 RNA 检测。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-02-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rananaware, Santosh R;Vesco, Emma K;Shoemaker, Grace M;Anekar, Swapnil S;Sandoval, Luke Samuel W;Meister, Katelyn S;Macaluso, Nicolas C;Nguyen, Long T;Jain, Piyush K
  • 通讯作者:
    Jain, Piyush K
Programmable RNA detection with CRISPR-Cas12a.
使用 CRISPR-Cas12a 进行可编程 RNA 检测。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-01-30
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rananaware, Santosh R;Vesco, Emma K;Shoemaker, Grace M;Anekar, Swapnil S;Sandoval, Luke Samuel W;Meister, Katelyn S;Macaluso, Nicolas C;Nguyen, Long T;Jain, Piyush K
  • 通讯作者:
    Jain, Piyush K
Programmable RNA detection with CRISPR-Cas12a.
使用 CRISPR-Cas12a 进行可编程 RNA 检测。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-09-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Rananaware, Santosh R;Vesco, Emma K;Shoemaker, Grace M;Anekar, Swapnil S;Sandoval, Luke Samuel W;Meister, Katelyn S;Macaluso, Nicolas C;Nguyen, Long T;Jain, Piyush K
  • 通讯作者:
    Jain, Piyush K
Engineering highly thermostable Cas12b via de novo structural analyses for one-pot detection of nucleic acids.
通过从头结构分析设计高度热稳定的 Cas12b,用于核酸的一锅检测。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-05-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Nguyen, Long T;Rananaware, Santosh R;Yang, Lilia G;Macaluso, Nicolas C;Ocana;Meister, Katelyn S;Pizzano, Brianna L M;Sandoval, Luke Samuel W;Hautamaki, Raymond C;Fang, Zoe R;Joseph, Sara M;Shoemaker, Grace M;Carman, Dylan R;Cha
  • 通讯作者:
    Cha
Harnessing noncanonical crRNAs to improve functionality of Cas12a orthologs.
利用非规范 crRNA 来改善 Cas12a 直系同源物的功能。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024-02-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Nguyen, Long T;Macaluso, Nicolas C;Rakestraw, Noah R;Carman, Dylan R;Pizzano, Brianna L M;Hautamaki, Raymond C;Rananaware, Santosh R;Roberts, Isabel E;Jain, Piyush K
  • 通讯作者:
    Jain, Piyush K
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