Κορωνοϊός έρευνα: Τεστ εξπρές ετοιμάζουν Έλληνες επιστήμονες

Η επιστημονική κοινότητα παγκόσμια ρίχνεται στην μάχη για να μπορέσει να βρει τρόπο να ανακόψει την επιδημία, και να βρει το κατάλληλο φάρμακο και εμβόλιο για τον κορωνοϊό. Οι έρευνες γίνονται προς διάφορες κατευθύνσεις και όλα τα δεδομένα που συλλέγονται μπορούν να βοηθήσουν για να βρεθεί η λύση. Ένα κομμάτι της έρευνας ασχολείται με τη γρήγορη διάγνωση του ιού, προκειμένου να μπορούν να λαμβάνονται γρήγορα μέτρα για την ανακοπή της εξάπλωσης. Σε μία τέτοια προσπάθεια συμμετέχουν Έλληνες επιστήμονες που αναπτύσσουν ένα τεστ εξπρές.

Η έρευνα των επιστημόνων έγινε στο πλαίσιο της Ευρωπαϊκής  Επιτροπής και στο κάλεσμα που απηύθυνε στους επιστήμονες προτάσεις για «καινοτόμες και ταχείες προσεγγίσεις αναφορικά με την υγεία προκειμένου να υπάρξει ανταπόκριση στην COVID-19, να προκύψουν γρήγορα αποτελέσματα για την κοινωνία και να επιτευχθεί ένα υψηλότερο επίπεδο ετοιμότητας για τα συστήματα υγείας».

Η ανταπόκριση υπήρξε τεράστια: υποβλήθηκαν περισσότερες από 450 προτάσεις. Στα μέσα Αυγούστου ανακοινώθηκαν οι 23 από αυτές οι οποίες επιλέχθηκαν να χρηματοδοτηθούν. Μεταξύ αυτών ήταν και η πρόταση IRIS-COV που υποβλήθηκε από το εργαστήριο Βιοαισθητήρων του Ινστιτούτου Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας (ΙΜΒΒ) του ΙΤΕ της Κρήτης. Η χρηματοδότηση, ύψους 2,4 εκατ. ευρώ, θα χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βγει στην αγορά μια φορητή συσκευή για την επιτόπια διάγνωση της COVID-19, μια προσέγγιση η οποία εκτιμάται ως ιδιαιτέρως χρήσιμη τόσο για τις ανεπτυγμένες όσο και για τις αναπτυσσόμενες χώρες.

Προσαρμογή για την COVID

Το ΒΗΜΑScience μίλησε με τους πρωτεργάτες της πρότασης IRIS-COV αρχίζοντας από την ερευνήτρια του ΙΤΕ, καθηγήτρια στο Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης και επικεφαλής του Εργαστηρίου Βιοαισθητήρων δρα Ηλέκτρα Γκιζελή, καθώς από το δικό της εργαστήριο ξεκίνησαν όλα. Το πρώτο πράγμα που θελήσαμε να μάθουμε είναι πώς επετεύχθη η δημιουργία μιας διαγνωστικής συσκευής σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα. «Η συσκευή και η αντίστοιχη μέθοδος ταυτοποίησης γενετικού υλικού ήταν ήδη έτοιμα, απλώς προσαρμόστηκαν για τη διάγνωση της COVID-19» μας είπε η ελληνίδα καθηγήτρια και εξήγησε:

«Τίποτε δεν γίνεται εν μια νυκτί! Εδώ και χρόνια, το εργαστήριό μας αναπτύσσει μοριακές μεθόδους σε συνδυασμό με καινοτόμες μικρο/νανο-τεχνολογίες οι οποίες αξιοποιούνται σε ολοκληρωμένα διαγνωστικά συστήματα. Μάλιστα, έχουμε συντονίσει σειρά έργων στο παρελθόν έχοντας λάβει χρηματοδότηση κυρίως από την Ευρωπαϊκή Ενωση αλλά και τη Γενική Γραμματεία Ερευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ) και την Περιφέρεια Κρήτης. Είχαμε λοιπόν το κατάλληλο υπόβαθρο για να μπούμε άμεσα στον χώρο ανάπτυξης συστημάτων ανίχνευσης γενετικών δεικτών».

Προϊόν ειδικών προδιαγραφών

Πτυχιούχος χημικός του ΕΚΠΑ, η δρ Γκιζελή μετεκπαιδεύθηκε στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ στην Αγγλία, όπου και εργάστηκε ως επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στο Ινστιτούτο Βιοτεχνολογίας επί σειρά ετών, πριν επιστρέψει στη χώρα μας και στην Κρήτη το 2003. Στο εργαστήριό της αναπτύσσονται μέθοδοι και τεχνολογίες οι οποίες απαιτούν τη συνεργασία επιστημόνων προερχόμενων από διαφορετικούς κλάδους, όπως της βιολογίας, της βιοφυσικής, της βιο/νανο-τεχνολογίας και της επιστήμης υλικών και υπολογιστών. Στην πραγματικότητα ένας από τους χώρους στους οποίους ειδικεύεται η ομάδα της δρος Γκιζελή είναι το να δημιουργεί (μοριακά) διαγνωστικά εργαστήρια σε μικροτσίπ!

Είναι χαρακτηριστικό ότι η ομάδα ασχολείται και με τη μικρορροϊκή τεχνολογία (microfluidics), η οποία θεωρείται η τελευταία λέξη της τεχνολογίας στη διάγνωση. Ωστόσο, η συσκευή που θα χρησιμοποιηθεί στο πρόγραμμα IRIS-COV δεν βασίζεται στην εν λόγω τεχνολογία. «Η μικρορροϊκή τεχνολογία αποτελεί ένα από τα σύγχρονα επιτεύγματα της διεπιστημονικής έρευνας και έχει συμβάλει στη δημιουργία διαγνωστικών μικροσυσκευών υψηλών προδιαγραφών ως προς την ευαισθησία και τον χρόνο απόκρισης. Ωστόσο είναι μια τεχνολογία με ειδικές απαιτήσεις ως προς την κατασκευή, οι οποίες συχνά την καθιστούσαν ακατάλληλη με βάση τα κριτήρια που είχαμε θέσει για την αξιοποίηση της μεθόδου γενετικής ανάλυσης που αναπτύξαμε» μας είπε η δρ Γκιζελή και προσέθεσε:

«Η ιδέα ήταν να δημιουργηθεί μια μέθοδος που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί εκτός εργαστηρίου από ανθρώπους χωρίς ειδική εκπαίδευση και να δίνει άμεσα αποτελέσματα. Επιπροσθέτως, τόσο η ίδια η συσκευή όσο και οι διαγνωστικές εξετάσεις που θα πραγματοποιούνταν με αυτή θα έπρεπε να είναι χαμηλού κόστους για να είναι προσιτές σε όλους».

Εφαρμογή και κατά του καρκίνου

Όταν οι Έλληνες ερευνητές ανέπτυσσαν την παραπάνω μεθοδολογία τους, η ανθρωπότητα δεν είχε ακόμη συναντηθεί με τον SARS-CoV-2 και οι προδιαγραφές που είχαν θέσει αφορούσαν την ταχεία διάγνωση μολυσματικών νόσων σε απομακρυσμένες περιοχές (όπου η πρόσβαση σε κεντρικά διαγνωστικά εργαστήρια είναι δύσκολη και παίρνει χρόνο) αλλά και σε αναπτυσσόμενες χώρες με ελλιπείς υποδομές υγείας. Αξίζει να σημειωθεί ότι πέρυσι το εργαστήριο είχε πετύχει ανταγωνιστική χρηματοδότηση από το Τεχνολογικό Πάρκο Πατρών και το πρόγραμμα «Proof-of Concept» προκειμένου η μέθοδος να χρησιμοποιηθεί στους αγρούς για τη διάγνωση ασθενειών των καλλιεργούμενων φυτών. Παράλληλα, μια τροποποιημένη μορφή της μεθόδου ετοιμαζόταν για τη διάγνωση μεταλλάξεων σε καρκινικούς όγκους προκειμένου να καθοδηγηθούν οι ογκολόγοι στην επιλογή των κατάλληλων φαρμάκων για κάθε ασθενή. Περιττό να πούμε ότι από τον Φεβρουάριο και μετά, όταν έγινε ξεκάθαρο ότι ο SARS-CoV-2 ήρθε για να μείνει και ότι η ανθρωπότητα είχε απέναντί της έναν ισχυρό αντίπαλο, η ελληνική ερευνητική ομάδα (όπως άλλωστε και χιλιάδες άλλες ανά τον κόσμο) έστρεψε το ενδιαφέρον της στη διάγνωση της COVID-19.

Πώς ξεπεράστηκαν οι σκόπελοι

Πώς μπόρεσαν όμως οι Έλληνες ερευνητές να μειώσουν τον χρόνο της διάγνωσης; Πώς πέτυχαν να βγάλουν τη διάγνωση εκτός εργαστηρίου; Και εν τέλει, πώς ανιχνεύουν τον ιό; «Η διάγνωση γίνεται επί τη βάσει της ανίχνευσης του γενετικού υλικού του ιού, το οποίο πολλαπλασιάζεται, όπως συμβαίνει και με το κλασικό τεστ μοριακής ανίχνευσης της PCR. Μόνο που στη δική μας περίπτωση για τον πολλαπλασιασμό του γενετικού υλικού χρησιμοποιείται μια άλλη πολυμεράση, η Bst1, και η αντίδραση είναι ισόθερμη, δεν απαιτούνται δηλαδή εναλλαγές της θερμοκρασίας προκειμένου να επιτευχθεί ο πολλαπλασιασμός» εξήγησε η δρ Γκιζελή και προσέθεσε: «Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους το σύστημά μας είναι ιδιαίτερα ευέλικτο και μπορεί να προσαρμοστεί σε μη εργαστηριακές συνθήκες».

Γενικά, το τεστ που ανέπτυξε η ελληνική ερευνητική ομάδα μπορεί να γίνει απευθείας σε δείγματα ιστών ή και σάλιου των εξεταζομένων, ενώ οι διαδικασίες είναι ιδιαίτερα απλουστευμένες: «Το δείγμα τοποθετείται σε ένα κλασικό πλαστικό δοχείο eppendorf, από αυτά που υπάρχουν σε όλα τα εργαστήρια του κόσμου, στο οποίο έχουν ήδη τοποθετηθεί όλα τα απαιτούμενα αντιδραστήρια. Το μόνο που έχει να κάνει κανείς είναι να κλείσει το eppendorf και να το τοποθετήσει στην κατάλληλη θέση στη συσκευή» σημείωσε η δρ Γκιζελή.

«Στη συνέχεια πραγματοποιείται αυτόματα η διαδικασία ανάλυσης εντός της συσκευής και σε μισή ώρα μπορεί κανείς να διαβάσει το αποτέλεσμα σε ένα τάμπλετ ή ένα έξυπνο κινητό τηλέφωνο στο οποίο έχει κατεβάσει την κατάλληλη εφαρμογή».

Οι παραπάνω διαδικασίες είναι όντως απλουστευμένες αλλά τίποτε από αυτά που γίνονται δεν είναι απλοϊκό! Οι συνθήκες που επικρατούν στη συσκευή, το μέγεθος της οποίας είναι μόλις 10 εκ. X 10 εκ. Χ 11 εκ., εξασφαλίζουν ότι τα αντιδραστήρια που υπάρχουν στα μικροδοχεία eppendorf θα πολλαπλασιάσουν επιλεκτικά το ιικό γενετικό υλικό (εφόσον αυτό υπάρχει στο δείγμα). Συγχρόνως, η τοποθέτηση του δοχείου στη συγκεκριμένη θέση (όπου πρέπει να «κουμπώσει» καλά) εξασφαλίζει ότι η απάντηση θα διαβαστεί αυτομάτως, καθώς η θέση υποδοχής του eppendorf βρίσκεται απέναντι από μια μίνι κάμερα που «διαβάζει» το αποτέλεσμα πραγματοποιώντας χρωματομετρική ανάλυση.

Τέλος, ο ενδιαφερόμενος πληροφορείται το αποτέλεσμα χάρη σε μια ειδική εφαρμογή την οποία έγραψε η ελληνική ερευνητική ομάδα. Με άλλα λόγια, η ελληνική ομάδα, αποτελούμενη από ερευνητές που κάλυπταν όλο το διεπιστημονικό φάσμα της βιολογίας (δρ Γ. Παπαδάκης), της μικροτεχνολογίας/φυσικής (δρ Α. Πανταζής) και της ηλεκτρολογίας και επιστήμης υπολογιστών (Ν. Φίκας), πέτυχε να κλείσει σε ένα μικρό κουτί τις ακριβείς εργαστηριακές συνθήκες και να τις μεταφέρει εκτός εργαστηρίου!

Καθ’ οδόν προς την αγορά

Για την εκμετάλλευση της συσκευής, η οποία θα διατεθεί στην αγορά υπό το εμπορικό όνομα IRIS, δημιουργήθηκε στα τέλη του περασμένου χρόνου η εταιρεία τεχνοβλαστός του ΙΤΕ, BIOPIX DNA Technology PC, επικεφαλής της οποίας είναι ο δρ Γιώργος Παπαδάκης, ενώ την εμπορική διεύθυνσή της έχει ο Σέργιος Κατσαρός. «Η ευρωπαϊκή χρηματοδότηση που πετύχαμε πρόσφατα θα χρησιμοποιηθεί για να λάβει η συσκευή την απαραίτητη για τη διάθεσή της στην αγορά πιστοποίηση» ανέφερε μπαίνοντας στην κουβέντα μας ο δρ Παπαδάκης και προσέθεσε: «Η συσκευή θα είναι εξοπλισμένη ώστε να μπορεί να κάνει ταυτόχρονη ανίχνευση γρίπης και κορωνοϊού, και ελπίζουμε ότι οι διαδικασίες πιστοποίησης θα ολοκληρωθούν στους επόμενους έξι μήνες».

Αξίζει να σημειωθεί ότι η IRIS, η οποία λειτουργεί με μπαταρίες, παράγεται με τρισδιάστατη εκτύπωση στο εργαστήριο. Ωστόσο, όταν ληφθεί η πιστοποίηση για την εμπορική εκμετάλλευση της συσκευής η παραγωγή της θα ανατεθεί σε εξειδικευμένη εταιρεία. «Το κόστος για την αγορά της συσκευής δεν θα ξεπερνά τα 1.000 ευρώ, ενώ αντίστοιχα μικρό θα είναι και το κόστος των αντιδραστηρίων» σημείωσε ο κ. Κατσαρός. Συγκριτικά, το κόστος μιας συσκευής για ανάλυση PCR κυμαίνεται μεταξύ 10.000 και 25.000 ευρώ, ενώ υψηλό παραμένει και το κόστος της κάθε ανάλυσης.