Technologia

Innowacje Genomtec

Diagnostyka genetyczna (molekularna) to najmłodsza gałąź diagnostyki związana głównie z rozwojem medycyny molekularnej. Gwałtowny rozwój tego typu diagnostyki w przebiegu ostatnich kilkunastu lat, związany jest z rozwojem technologii umożliwiających precyzyjne i szybkie ustalenie przyczyn chorób na poziomie identyfikacji materiału genetycznego (kwasu nukleinowego DNA lub RNA) należącego np. do poszukiwanego patogenu.

Do najbardziej znanych metod wykorzystywanych w diagnostyce molekularnej należy opracowana w latach osiemdziesiątych dwudziestego wieku technika Real-Time PCR (polymerase chain reaction – łańcuchowa reakcja polimerazy z pomiarem przyrostu ilości produktu w czasie rzeczywistym). Real-Time PCR pozwala na wykrywanie oraz powielanie kwasów nukleinowych a także obserwację przebiegu reakcji w czasie jej trwania.

Genomtec w swoich rozwiązaniach zastosował technikę amplifikacji izotermalnej, która jest znacznie młodszą, szybszą i bardziej innowacyjną technologią, od powszechnie używanej w laboratoriach genetycznych metody PCR. Jedną z jej odmian jest technologia LAMP (z ang. Loop Mediated Isothermal Amplification), która przebiegając w stałej temperaturze niweluje wymóg grzania i chłodzenia mieszaniny reakcyjnej, skracając czas potrzebny na wykonanie analizy. Dzięki jednotemperaturowej reakcji możliwe jest też dodatkowych korzyści tak istotnych w diagnostyce rozproszonej jak: zmniejszenie wymiarów urządzenia i kosztów jego zakupu, oraz obniżenie energochłonności systemu. Dzięki swoim unikatowym cechom technika LAMP doskonale sprawdza się w urządzeniach mobilnych przeznaczonych do wykorzystania w miejscu opieki nad pacjentem (POCT), jak gabinety lekarskie, przychodnie, karetki pogotowia, apteki, szpitale.

LAMP

Technika izotermalna, która przyśpiesza diagnostykę

Przewaga jaką niesie ze sobą wykorzystanie technologii izotermalnej LAMP to przede wszystkim większa precyzja w wykrywaniu patogenów i krótszy czas badania.

Metoda LAMP (ang. Loop Mediated Isothermal Amplification) jest izotermalną, a więc zachodzącą w stałej temperaturze, odmianą amplifikacji materiału genetycznego (RNA, DNA). Proces ten wykorzystuje specjalną polimerazę – enzym odpowiedzialny za syntezę nowych odcinków DNA. Polimeraza wykorzystywana w technice LAMP posiada aktywność przemieszczania nici DNA – z ang. strand displacement activity, natomiast nie posiada aktywności egzonukleazy. Umożliwia to jednoczesne rozluźnianie helisy DNA oraz syntezę nowych fragmentów DNA, co nie jest możliwe w technice PCR.

Innowacyjność LAMP polega też na projektowaniu starterów, czyli krótkich fragmentów oligonukleotydów, których w tej technice wykorzystuje się od czterech do sześciu. Hybrydyzują one do od sześciu do ośmiu miejsc w analizowanym fragmencie kwasu nukleinowego. Zestaw taki zawiera startery zapętlające (z ang. Loop), które w znaczny sposób przyspieszają syntezę nowopowstających nici.

Dzięki wykorzystaniu większej liczby starterów niż w przypadku reakcji Real-Time PCR, technika ta charakteryzuje się bardzo wysoką specyficznością, krótkim czasem namnażania a także, jest w stanie wykryć pojedyncze kopie genu przy większej tolerancji na inhibitory (zanieczyszczenie) znajdujące się w próbce. Jeden zakres temperatury reakcji LAMP w znaczny sposób skraca czas potrzebny na wykonanie całości procesu analitycznego w sposób nieosiągalny dla techniki Real-Time PCR.

SNAAT® Genomtec

Przełomowa technologia i nowy standard diagnostyki izotermalnej

Zespół Genomtec, wynalazł i opatentował unikalną na świecie technologię SNAAT®, która pozwala na precyzyjną detekcję patogenów nawet w 15 minut.

Technologia SNAAT® (ang. Streamlined Nucleic Acid Amplification Technology), dzięki odpowiedniemu  zaprojektowaniu systemu diagnostycznego, czyli połączeniu techniki LAMP z technikami mikroprzepływowymi oraz systemem bezkontaktowego grzania za pomocą fotonów, umożliwia przeprowadzenie izolacji, oczyszczania, zagęszczania materiału genetycznego wraz z izotermalną amplifikacją i detekcją specyficznych fragmentów DNA lub RNA patogenu w rekordowo krótkim czasie – nawet w 15 minut, przy skuteczności równej lub przewyższającej obecne techniki laboratoryjne PCR. To jest właśnie unikalność technologii SNAAT®, którą opracował i dalej rozwija Genomtec.

Dzięki zdolności techniki SNAAT® do multipleksowania (detekcji wielu celów diagnostycznych) na karcie mikroprzepływowej, w jednym badaniu diagnostycznym, może zostać wykrytych nawet do pięciu patogenów jednocześnie.  Połączenie etapów izolacji, oczyszczania i zagęszczania kwasów nukleinowych przeprowadzanych z wykorzystaniem pasywnej karty mikroprzepływowej (brak wbudowanych elementów elektronicznych, elektrycznych) sprawia, że technologia SNAAT® umożliwia znaczące obniżenie limitu detekcji badanego kwasu nukleinowego przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji jednorazowych kart reakcyjnych. Znakomite parametry diagnostyczne, jak czułość, specyficzność i powtarzalność, osiągane przy zastosowaniu technologii SNAAT®, są połączone z odpornością procesu reakcji amplifikacji na inhibitory często obecne w próbkach biologicznych np. krew, leki itp. Dlatego też SNAAT® jest technologią wyjątkową, stworzoną z myślą o diagnostyce bliskiej pacjentowi (z ang. Point-Of-Care Testing, POCT).

SNAAT® vs PCR

Porównanie technologii SNAAT/LAMP i PCR

LODZużycie energii
i czas
WielkośćBariera kosztu
wejścia
SNAAT/LAMP
Femtogramy
10-15g
Energooszczędna
i szybka
Mobilna
< 2 500 USD
PCR
Nanogramy
10-9g
Energo-
i czasochłonna
Stacjonarna
> 15 000 USD

Metoda PCR (ang. Polymerase Chain Reaction, reakcja łańcuchowa polimerazy), jest najczęściej wykorzystywaną techniką w diagnostyce genetycznej. Należy do grupy technik amplifikacji (powielania) materiału genetycznego z wykorzystaniem procesu enzymatycznego w zakresie różnych temperatur. Reakcja ta jest inicjowana przez jedną parę krótkich odcinków nukleotydów komplementarnych do nici DNA, tzw. starterów, które „naprowadzają” enzym na odpowiednie miejsce startu amplifikacji. Technika ta umożliwia analizę materiału genetycznego o niewielkim stężeniu wyjściowym. Jedną z odmian metody PCR jest Real-Time PCR, gdzie do środowiska reakcji wprowadzane są barwniki lub sondy (znakowane barwnikiem fluorescencyjnym nukleotydy) łączące się z poszukiwanym fragmentem kwasu nukleinowego podczas analizy.

Technologia SNAAT® jest przełomowa, gdyż umożliwia zintegrowanie pełnego procesu diagnostycznego w jednej platformie, automatyzując kosztowną i czasochłonną fazę analityczną procesu odbywającą się w laboratorium diagnostycznym, dzięki wykorzystaniu systemu bezkontaktowego grzania opartego na energii fotonów oraz technik mikroprzepływowych..

Chroniona patentem technologia SNAAT® pozwala na:

  • zapewnienie optymalnej temperatury reakcji,
  • stabilizację temperatury oraz sterowanie procesami przepływu cieczy w układzie mikroprzepływowym, jak również
  • analizę wyników reakcji amplifikacji (odczyt fluorescencji).

Procesy te przebiegają bezdotykowo za pomocą energii fotonów, co rewolucjonizuje obecny standard grzania i chłodzenia mieszaniny reakcyjnej zawartej w próbówce PCR przez umieszczenie jej w elemencie grzejno-chłodzącym – tzw. termobloku.

Połączenie bezkontaktowego grzania za pomocą energii fotonów z mikroprzepływami, pozwala na niespotykaną dotąd miniaturyzację oraz rezygnację z energochłonnego systemu ogrzewania kontaktowego z wykorzystaniem termobloku. Dzięki temu uzyskujemy mobilność oraz automatyzację procesu diagnostycznego.

Przewagi technologii SNAAT® nad PCR

CechaObecny standardRozwiązanie GENOMTECDlaczego?
PCRTechnologia LAMP/SNAAT®Konsekwencja innowacji SNAAT®
Temperatura reakcjiZamienna (trzy zakresy)Stała (jeden zakres)Wysoka wydajność starterów i enzymu w obniżonej temperaturze
Czas do uzyskania wyniku~90 min.~15 min.Enzymy o podwójnej funkcji działające bez przerwy
SpecyficznośćWysokaBardzo wysokaWiększa liczba starterów inicjujących reakcję
CzułośćWysokaBardzo wysoka10-100 – krotnie większa wydajność reakcji w porównaniu do techniki PCR
PowtarzalnośćWysokaBardzo wysokaAutomatyzacja procesów analitycznych oraz odporność reakcji na inhibitory
Budowa analizatoraSkomplikowane układy optyczne i grzejno-chłodząceUproszczony układ optyczny, brak układu chłodzącegoWysoka intensywność sygnału fluorescencji, stała temperatura reakcji