Diagnostica emergente al punto di cura per le malattie infettive

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Test diagnostici sensibili, specifici e rapidi sono fondamentali per ridurre la morbilità e la mortalità dei pazienti affetti da malattie infettive. Le infezioni virali, batteriche e di altro tipo possono svilupparsi da un vasto numero di organismi patogeni e opportunistici, indicando la necessità di una diagnostica versatile che possa essere adattata a un'ampia varietà di eziologie infettive

I test di amplificazione dell'acido nucleico (NAAT) sono diventati un pilastro della diagnostica per le malattie infettive. Attraverso l'amplificazione e la rilevazione di acidi nucleici dell'organismo bersaglio (NAs), NAATs fornire rilevamento altamente sensibile di agenti patogeni in molti diversi campioni di pazienti. Le prime generazioni di NAAT dipendono da protocolli ad alta intensità di lavoro e attrezzature ingombranti che richiedono laboratori centralizzati, rendendo difficile ottenere risultati rapidi e spesso impediscono risposte cliniche immediate

Tuttavia, la tecnologia NAAT emergente utilizza nuovi protocolli con preparazione integrata del campione, metodi di amplificazione e rilevazione più veloci, e design microfluidici innovativi per supportare i test point-of-care (POCT) per una serie di malattie infettive tra cui SARS-CoV-2 e le infezioni sessualmente trasmesse (STI) prevalenti a livello globale

Le NAAT sono tipicamente classificate in due tipi principali di amplificazione NA: PCR e amplificazione isotermica (iNAATs). La PCR richiede tradizionalmente un'attrezzatura di laboratorio ingombrante per sottoporre i campioni a cicli di diverse temperature per la denaturazione e l'amplificazione, il che ne limita intrinsecamente l'uso nelle impostazioni POC

Per aggirare tali limitazioni, le iNAAT sono state sviluppate utilizzando la denaturazione mediata da enzimi, evitando la necessità di ripetere il termociclaggio.1 Dall'avvento delle iNAAT, sono emerse varie piattaforme potenzialmente adattabili al POCT. L'amplificazione mediata da loop (LAMP), per esempio, utilizza una serie di primer interni ed esterni in combinazione con la DNA polimerasi per amplificare il DNA bersaglio.2 Sebbene la LAMP non sia una tecnologia nuova, si è dimostrata una piattaforma preziosa per lo sviluppo di nuove NAAT

Di rilevanza attuale per la pandemia COVID-19 in corso, la LAMP è stata utilizzata per sviluppare un test altamente sensibile e specifico per la SARS-CoV-2, consentendo risultati facili da leggere in meno di un'ora.3 Mammoth Biosciences ha combinato la rivoluzionaria tecnologia CRISPR con un test SARS-CoV-2 basato sulla LAMP per migliorare il rilevamento dopo l'amplificazione NA del nuovo coronavirus

Il test DETECTRTM basato su CRISPR-Cas12 fornisce un tempo campione-risultato di circa 45 minuti rispetto alle quattro ore dei metodi qRT-PCR stabiliti ed è attualmente in fase di revisione per l'approvazione della FDA in attesa della convalida clinica.4 Criticamente, la diagnostica POC basata su NAAT facilita l'inizio immediato dei protocolli di trattamento per COVID-19 per prevenire la malattia grave e la mortalità

Una diagnostica POC sensibile e specifica per le malattie infettive non solo facilita un trattamento efficace, ma minimizza anche lo sviluppo di patogeni resistenti agli antibiotici. I casi segnalati di MST prevalenti a livello globale, come la clamidia e la gonorrea, hanno dimostrato significativi aumenti annuali negli ultimi anni, indicando la necessità di metodi di screening migliori e protocolli di trattamento più personalizzati.5 Di conseguenza, la diagnostica delle MST è diventata una fonte sostanziale di innovazione per la tecnologia POCT

Queste piattaforme non solo alleviano la necessità di attrezzature di laboratorio, ma possono anche integrare l'estrazione degli NA, riducendo al minimo i protocolli di preparazione del campione.6 Per esempio, la piattaforma binx health io, approvata dalla FDA, utilizza un chip microfluidico per la PCR ultraveloce combinato con una tecnologia proprietaria di rilevamento elettrochimico, consentendo uno screening POC altamente sensibile e specifico per gonorrea e clamidia in circa 30 minuti.5

Diversi nuovi e promettenti NAAT POC che utilizzano simili piattaforme microfluidiche ultrarapide sono ancora in fase di sviluppo o in fase di sperimentazione clinica, a dimostrazione dell'elevata domanda di diagnostica rapida sample-to-answer. Il Visby Medical Sexual Health Test utilizza la PCR per il rilevamento di clamidia, gonorrea e trichomonas in meno di 30 minuti, e il MobiNAAT esegue la PCR utilizzando la microfluidica a goccia in una cartuccia autonoma che include tutti i reagenti necessari per l'estrazione e l'amplificazione dei NA.5 Notevolmente, il MobiNAAT può effettuare lo screening della gonorrea e determinare la suscettibilità agli antibiotici in 15 minuti, facilitando protocolli di trattamento personalizzati che possono ridurre la prevalenza delle infezioni resistenti agli antibiotici.5

Le linee guida per il trattamento delle IST del CDC, pubblicate di recente nel 2021, suggeriscono l'uso di POC NAATS per il rilevamento di clamidia e gonorrea,7 e le linee guida future probabilmente includeranno altri test rapidi sample-to-answer che analizzano una varietà di IST, man mano che ottengono l'approvazione della FDA.

Nonostante la promessa di nuovi NAAT POC all'orizzonte, il decentramento della diagnostica dai laboratori alle cliniche comporta delle sfide. I test POC devono ottenere lo status di deroga FDA Clinical Laboratory Improvement Amendments (CLIA) per essere eseguiti da personale non di laboratorio. Come tale, l'accesso ai laboratori certificati CLIA per la convalida clinica può essere un ostacolo significativo per l'approvazione di alcuni POC NAATs

Ciononostante, il progresso della tecnologia portatile e gli approcci innovativi all'amplificazione e alla rilevazione dei NA puntano a una nuova ed eccitante generazione di diagnostica POC. Questi test hanno il potenziale di portare test ultrarapidi da campione a risposta direttamente nella clinica, di supportare diagnosi e trattamenti più personalizzati e di migliorare i risultati per i pazienti con malattie infettive.