JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يلخص هذا العمل خطوات تطوير فحوصات مختلفة للكشف عن SARS-CoV-2 باستخدام نظام ddPCR بلونين. الخطوات مفصلة وتم تضمين ملاحظات حول كيفية تحسين المقايسات وأداء التجربة. يمكن استخدام هذه المقايسات للعديد من تطبيقات SARS-CoV-2 RT-ddPCR.

Abstract

يعد تشخيص جائحة SARS-CoV-2 المستمرة أولوية لجميع البلدان في جميع أنحاء العالم. حاليا ، يعد تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي للنسخ العكسي (RT-qPCR) هو المعيار الذهبي لتشخيص SARS-CoV-2 حيث لا يتوفر حل دائم. على الرغم من فعالية هذه التقنية ، فقد ظهرت الأبحاث التي تظهر حدودها في الكشف والتشخيص خاصة عندما يتعلق الأمر بالأهداف الوفيرة المنخفضة. في المقابل ، ثبت أن تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي بالقطرات (ddPCR) ، وهي تقنية ناشئة حديثة ذات مزايا فائقة على qPCR ، تتغلب على تحديات RT-qPCR في تشخيص SARS-CoV-2 من عينات مستهدفة منخفضة الوفرة. في المستقبل ، في هذه المقالة ، يتم توسيع قدرات RT-ddPCR بشكل أكبر من خلال إظهار خطوات حول كيفية تطوير مقايسات المسبار البسيط ، والمزدوج ، والثلاثي ، والرباعي باستخدام نظام الكشف بلونين. باستخدام الاشعال والمجسات التي تستهدف مواقع محددة من جينوم SARS-CoV-2 (N و ORF1ab و RPP30 و RBD2) ، تبين أن تطوير هذه المقايسات ممكن. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توفير بروتوكولات مفصلة خطوة بخطوة وملاحظات واقتراحات حول كيفية تحسين سير عمل المقايسات وتحليل البيانات. سيضمن تكييف سير العمل هذا في الأعمال المستقبلية إمكانية اكتشاف الحد الأقصى لعدد الأهداف بحساسية في عينة صغيرة مما يحسن بشكل كبير التكلفة وإنتاجية العينة.

Introduction

شهد تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، وهو تقنية معترف بها جيدا ، العديد من التحولات منذ ظهوره ليصبح تقنية قوية قادرة على تقديم إجابات لأبحاث الحمض النووي. كانت هذه التحولات تحسينا مستمرا للتقنية القديمة. يمكن تلخيص هذه التحولات في ثلاثة أجيال1. الجيل الأول هو تفاعل البوليميراز المتسلسل التقليدي الذي يعتمد على الرحلان الكهربائي الهلامي لتحديد الأهداف المضخمة واكتشافها. الجيل الثاني هو تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الفعلي (qPCR) الذي يمكنه اكتشاف العينات في الوقت الفعلي والاعتماد على منحنى قياسي لتحديد الأهداف مباشرة في العينة. يمكن للجيل الثالث ، PCR الرقمي (dPCR) ، إجراء كل من الكشف والقياس الكمي المطلق لأهداف الحمض النووي دون الحاجة إلى منحنى قياسي. كما تم تحسين dPCR بشكل أكبر من غرف التفاعل التي يتم فصلها بواسطة آبار الجدار إلى مستحلبات من النفط والماء والمواد الكيميائية المستقرة داخل نفس البئر كما هو موضح في تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي2 القائم على القطيرات. في تفاعل البوليميراز المتسلسل الرقمي للقطرات (ddPCR) ، يتم تقسيم العينة إلى آلاف القطرات بحجم النانو لتر التي تحتوي على أهداف فردية سيتم تحديدها لاحقا باستخدام إحصائيات بواسون2،3،4. تمنح هذه التقنية ddPCR ميزة في تحديد الأهداف الوفيرة المنخفضة عند مقارنتها بالأجيال الأخرى من تفاعل البوليميراز المتسلسل.

في الآونة الأخيرة ، أبرزت تطبيقات متعددة تفوق ddPCR على qPCR شائع الاستخدام عند اكتشاف وتحديد الأهداف منخفضة الوفرة1،5،6. SARS-CoV-2 ليس استثناء من هذه التطبيقات7،8،9،10،11،12. منذ تفشي SARS-CoV-2 ، يعمل العلماء على جميع الجبهات للتوصل إلى حلول حول كيفية تشخيص الفيروس واكتشافه بكفاءة. لا يزال المعيار الذهبي الحالي هو qPCR13. ومع ذلك ، فقد ثبت أن RT-ddPCR أكثر دقة في الكشف عن أهداف SARS-CoV-2 منخفضة الوفرة من كل من العينات البيئية والسريرية عند مقارنتها ب RT-qPCR7،8،9،10،11،12. تعتمد معظم الأعمال المنشورة ل SARS-CoV-2 ddPCR على المقايسات البسيطة مع المقايسات المتعددة اعتمادا على المقايسات التجارية. ومن ثم ، ينبغي بذل المزيد من الجهد لشرح كيفية تطوير مقايسات RT-dPCR متعددة الإرسال للكشف عن SARS-CoV-2.

في تصميم الفحص المناسب ، يمكن استخدام تعدد الإرسال لتوفير التكلفة ، وزيادة إنتاجية العينة ، وزيادة عدد الأهداف التي يمكن اكتشافها بحساسية داخل عينة صغيرة. عند تعدد الإرسال باستخدام ddPCR ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار عدد الفلوروفورات التي يمكن اكتشافها في نظام معين. يمكن لبعض منصات ddPCR دعم ما يصل إلى ثلاث قنوات بينما يدعم البعض الآخر قناتين فقط. ومن ثم ، عند تعدد الإرسال بقناتين ، يتعين على المرء استخدام أساليب مختلفة ، بما في ذلك تعدد الإرسال من أجل أعلى للكشف عن أكثر من هدفين14،15،16. في هذا العمل ، تم استخدام نظام الكشف عن ddPCR بلونين لإظهار خطوات حول كيفية تطوير فحوصات مختلفة ل SARS-CoV-2 RT-ddPCR يمكن تكييفها لتطبيقات بحثية مختلفة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

بيان أخلاقي
معهد ووهان لعلم الفيروسات (WHIOV) هو من بين المختبرات والمعاهد المعتمدة من قبل مركز السيطرة على الأمراض الصيني في مدينة ووهان لإجراء أبحاث حول SARS-CoV-2 واكتشاف COVID-19 من العينات السريرية. كما تمت الموافقة على البحث حول تطوير تقنيات تشخيصية جديدة ل COVID-19 باستخدام العينات السريرية من قبل اللجنة الأخلاقية لمعهد ووهان لعلم الفيروسات (2020FCA001).

1. سير عمل معالجة العينات (الشكل 1 أ)

ملاحظة: في جميع أنحاء البروتوكول ، من المهم استخدام غرف منفصلة مع ماصات مخصصة لمعالجة العينات (الاستخراج والتخزين) ، وإعداد وتخزين الكاشف / الماسترمكس ، وإعداد مزيج التفاعل (عينة بالإضافة إلى مزيج رئيسي) ، والكشف ، لتجنب التلوث المتبادل. يمكن استخدام المقايسات التي سيتم تطويرها في الكشف عن العينات السريرية أو عينات البحث. يجب التعامل مع جميع العينات كما لو كانت قادرة على نقل العوامل المعدية حتى عند استخدام إجراءات مختبرية آمنة. وينبغي أن تتم خطوات معالجة العينات في مختبر من المستوى الثاني للسلامة الأحيائية (BSL-2) باتباع قواعد صارمة للسلامة البيولوجية BSL-2، بما في ذلك ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة.

  1. تعطيل العينة
    1. خذ 1 مل من عينة SARS-CoV-2 إلى مختبر BSL-2. عينات معطلة بالحرارة عند 65 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
      ملاحظة: قد تأتي العينات من مصادر مختلفة ، وبالتالي ، يجب على المرء التأكد من أن الحجم المراد تعطيله كاف لضمان استخراج الحمض النووي الريبي لاحقا. تتطلب معظم مجموعات الاستخراج حجم عينة صغير يصل إلى 200 ميكرولتر ، وبالتالي ، فإن حجم عينة يبلغ حوالي 1 مل سيكون كافيا للتعطيل. يمكن أيضا استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي والمجموعات ومخازن التحلل للتعطيل المباشر واستخراج الحمض النووي الريبي وفقا لإجراءات التشغيل القياسية الخاصة بالمختبرات.
    2. خذ عينات إلى خزانة السلامة البيولوجية (BSC) واتركها تقف في درجة حرارة الغرفة لمدة 10 دقائق للسماح للهباء الجوي المحتمل بالاستقرار. قم بتخزين العينات في درجة حرارة 4 درجات مئوية لمدة تصل إلى 24 ساعة إذا لم تتم معالجتها على الفور.
      ملاحظة: لا توجد حاوية محددة مطلوبة لتخزين العينات. قد يتم تخزين العينات في الأنابيب أو الحاويات المستخدمة أثناء التعطيل. لهذا العمل ، تم تخزين معظم العينات في أنابيب وسائط النقل الفيروسية (VTM) أو أنابيب 1.5 مل.
  2. استخراج الحمض النووي الريبي
    ملاحظة: تتوفر العديد من أدوات ومجموعات استخراج الحمض النووي الريبي ذات البروتوكولات المحددة للاستخدام الجاهز. هنا ، يتم تقديم إجراء آلي يتبع تعليمات الشركة المصنعة.
    1. أخرج لوحة فتحة البئر المملوءة مسبقا بعمق 96 ؛ اقلبها رأسا على عقب برفق لخلط الخرزات المغناطيسية. بعد الخلط ، هز اللوحة برفق على سطح مستو لتركيز الكاشف والخرز المغناطيسي الذي قد يكون على الحائط إلى أسفل اللوحة.
    2. قم بتمزيق فيلم ختم رقائق الألومنيوم بعناية لتجنب اهتزاز اللوحة وانسكاب السائل. أضف 20 ميكرولتر من البروتيناز K و 200 ميكرولتر من العينة لكل بئر في الصفين 2 و 8 من لوحة 96 بئرا. بعد ذلك ، ضع لوحة 96 بئرا على قاعدة أداة استخراج الحمض النووي الأوتوماتيكية ذات 32 قناة.
      ملاحظة: قم بتشغيل البرنامج على الكمبيوتر في غضون 1 ساعة بعد إضافة العينة.
    3. أدخل غلاف الشريط المغناطيسي في فتحة البطاقة الخاصة بأداة استخراج الحمض النووي الأوتوماتيكية ذات 32 قناة. حدد البرنامج GF-FM502T5-TR"1"GF-FM502T5YH (إصدار سريع) وقم بتشغيله.
    4. بعد الانتهاء من الاستخراج ، أخرج عينات الحمض النووي في الصفين 6 و 12 (حوالي 100 ميكرولتر / عينة) ووزعها في صفيحة نظيفة خالية من النيوكلياز 96 بئرا. قم بتخزين العينات في درجة حرارة 4 درجات مئوية لمدة تصل إلى 24 ساعة حتى الاستخدام أو عند -20 درجة مئوية لفترة أطول.
      ملاحظة: يوصى باستخدام ماصة متعددة القنوات سعة 100 ميكرولتر لنقل العينات إلى لوحة جديدة سعة 100-200 ميكرولتر حيث يمكن أن تتطابق مباشرة مع أعمدة لوحة العينة.
  3. توليد cDNA
    ملاحظة: بالنسبة للعينات المخزنة لفترة طويلة ، تجنب دورات التجميد / الذوبان المتعددة. قم بإجراء إنشاء cDNA باستخدام مجموعة cDNA باتباع تعليمات الشركة المصنعة.
    1. في أنبوب PCR سعة 100 أو 200 ميكرولتر موضوع على كتلة ثلج / تبريد ، أضف 2 ميكرولتر من مزيج 5x RT الرئيسي (على سبيل المثال ، Perfect Real Time) ، و 5 ميكرولتر من عينة الحمض النووي الريبي ، و 3 ميكرولتر من DDh2O الخالي من RNase لكل تفاعل (الحجم الكلي 10 ميكرولتر).
    2. ضع أنبوب PCR في دورة حرارية مضبوطة على 37 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة (النسخ العكسي) ، و 85 درجة مئوية لمدة 5 ثوان (تعطيل الحرارة للنسخ العكسي) ، و 4 درجات مئوية لفترة غير محدودة.
      ملاحظة: قم بمعالجة العينات على الفور ، أو تخزينها في درجة حرارة 4 درجات مئوية لمدة تصل إلى 24 ساعة حتى الاستخدام أو عند -20 درجة مئوية لمدة تصل إلى 6 أشهر.

2. تحسين مقايسة ddPCR وسير العمل

ملاحظة: قم بتحسين المقايسات قبل / بعد قراءة القطرات. اعتمادا على النتائج ، يمكن تحسينها في أي مرحلة من العمل لتحقيق نتائج أفضل. فيما يلي بعض العوامل الشائعة التي يجب مراعاتها عند تحسين تجارب ddPCR.

  1. تحقق من صحة الاشعال والمجسات ddPCR (الجدول 1).
    ملاحظة: تم تكييف البادئات ORF1ab و N من الصين CDC17 ، جين التحكم البشري الداخلي (RPP30) من Lu et al.18 ، و RBD2 من Nyaruaba et al.13. جميع البادئات والمجسات باستثناء RBD2 قد تم بالفعل اختبار ddPCR وتحسين7،8،18.
  2. قم بتشغيل عناصر التحكم في عينة اختبار ddPCR التي تشتمل على عنصر تحكم إيجابي (عينة مع جميع الأهداف الأربعة) ، لا يوجد تحكم في القالب (NTC ؛ ماء أو عينة خالية من النيوكلياز بدون أهداف) ، والاستخراج / التحكم السلبي (إجمالي الحمض النووي المستخرج من خلية بشرية مستزرعة غير معدية أو عينات مجمعة من متطوعين صحيين).
    ملاحظة: يفضل عينات التحكم القياسية مع نسخ معروفة من الجينات المستهدفة. ومع ذلك ، في حالة عدم وجود معايير ، استخدم العينات المتاحة لتحديد عناصر التحكم أو مصفوفة العينة. قم بتشغيل عناصر التحكم مع عينات الاختبار.
  3. قم بتحسين درجة حرارة التلدين (الشكل 2 د) عن طريق إدخال تدرج درجة حرارة من 55 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية في خطوة التلدين في تفاعل البوليميراز المتسلسل (الخطوة 3.2).
    ملاحظة: يساعد تحسين درجة حرارة التلدين في العثور على أفضل درجة حرارة حيث يكون فصل القطيرات هو الحد الأقصى (تحديد الهدف بسهولة) مع الحد الأدنى من المطر. بعد الحصول على النتائج ، قم بتضييق نطاق درجة الحرارة لتحسين أفضل ، على سبيل المثال ، 55 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية.
  4. تحسين تركيزات التمهيدي والمسبار. إذا لم يتم تحقيق الفصل الأمثل بين القطرات الموجبة والسالبة في المقايسات ، فقم بتغيير تركيزات التمهيدي (300-900 نانومتر) و / أو المسبار (100-400 نانومتر).
    ملاحظة: يؤدي خفض تركيزات التمهيدي / المسبار إلى انخفاض سعة القطرة المستهدفة وزيادة ذلك يزيد أيضا من سعة الهدف. يمكن أن يكون هذا مفيدا في تعدد الإرسال القائم على السعة.
  5. اختبر الحساسية التحليلية مع مراعاة المعلمات المختلفة بما في ذلك حد الفراغ (LoB) وحد الكشف (LoD) والنوعية والحساسية باستخدام كل من العينات القياسية والاختبارية ، حسب الرغبة.

3. سير عمل ddPCR (الشكل 1 ب) وتطوير الفحص (الجدول 2)

ملاحظة: مثل أنظمة الكشف عن ddPCR الأخرى ، يتكون سير العمل هذا أيضا من أربع خطوات (الشكل 1B) ، بما في ذلك تحضير مزيج التفاعل ، وتوليد القطيرات ، وتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل ، وقراءة القطيرات.

  1. إعداد مزيج التفاعل
    ملاحظة: قم بإعداد جميع المقايسات في غرفة منفصلة نظيفة وداخل BSC. التزم بالاحتياطات القياسية ، بما في ذلك استخدام القفازات النظيفة والماصات النظيفة والمياه الخالية من النيوكلياز والمطهرات. كواشف القسمة في أنابيب منفصلة وتخزينها في -20 درجة مئويةلتجنب دورات ذوبان التجميد المتكررة. إعداد المقايسات كما هو موضح في الجدول 2. يجب تخزين محاليل مخزون التمهيدي والمسبار بتركيزات عالية تبلغ 100 ميكرومتر. يمكن تخزين حلول العمل في حصص من 20-40 ميكرومتر (مخففة في ماء خال من النيوكلياز).
    1. الخطوات الشائعة في جميع المقايسات
      ملاحظة: قبل إعداد المقايسات ، احسب الحجم الإجمالي للمزيج الرئيسي المطلوب بناء على عدد العينات. هنا ، تم ضرب كل حجم مكون من مكونات mastermix في 1.05 لحساب أي أخطاء في الماصة.
      1. إذابة وموازنة مواد التفاعل إلى درجة حرارة الغرفة. دوامة مكونات التفاعلات لفترة وجيزة (30 ثانية) لضمان التجانس ، وأجهزة الطرد المركزي لفترة وجيزة لجمع المحتويات في الجزء السفلي من الأنبوب.
      2. قم بإعداد مزيج مسبار التمهيدي (PP) لكل مقايسة عن طريق خلط أحجام تفاعل محددة كما هو مفصل في الجدول 2 من حلول العمل.
      3. قم بإعداد المزيج الرئيسي عن طريق خلط 11 ميكرولتر (1x) من 2x ddPCR supermix للمجسات (بدون dUTP) ، ومزيج PP (يعتمد على الفحص كما هو موضح في الجدول 2 من محلول العمل) والماء الخالي من النيوكلياز إلى حجم نهائي يبلغ 19.8 ميكرولتر لكل بئر. قم بتوزيع المزيج الرئيسي في آبار لوحة ddPCR الخالية من النيوكلياز ذات 96 بئرا بناء على عدد العينات.
        ملاحظة: بالنسبة للوحة العينة ، تأكد من أن جميع الآبار ال 8 في عمود واحد بها الحل. إذا تم استخدام عدد قليل فقط من الآبار ، على سبيل المثال ، 5 عينات ، املأ الآبار الثلاثة الأخرى ب 22 ميكرولتر من الماء الخالي من النيوكلياز أو تحكم في المخزن المؤقت لكل منها.
      4. للحصول على حجم مزيج التفاعل النهائي (22 ميكرولتر) ، أضف 2.2 ميكرولتر من عينة cDNA لكل بئر يحتوي على mastermix. ختم اللوحة مع لوحة PCR السدادة القابل للتصرف.
        ملاحظة: قم بإجراء إضافات العينة في الغرفة المخصصة. قم بتضمين عناصر التحكم ، أي الإيجابية ، NTC ، والاستخراج. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كانت عينات الحمض النووي الريبي ذات تركيز منخفض ، فقم بتقليل حجم الماء في المزيج الرئيسي وزيادة حجم العينة وفقا لذلك حتى 5.5 ميكرولتر.
      5. بمجرد توزيع مزيج التفاعل لكل بئر ، دوامة لفترة وجيزة (15-30 ثانية) ، وأجهزة طرد مركزي (10-15 ثانية) لجمع المحتويات في الجزء السفلي من اللوحة. المضي قدما لتوليد قطرات.
  2. توليد القطيرات الآلي (الشكل التكميلي 1)
    ملاحظة: يمكن استخدام مولدات قطرات مختلفة ؛ ومع ذلك ، تم إجراء هذه الدراسة باستخدام مولد قطرات آلي (AutoDG). لتجنب تلوث الأمبليكون ، تأكد من أن مولد القطيرات والقراء لديهم مساحة مخصصة في مناطق منفصلة. عند تحميل المواد الاستهلاكية ، يوصى ببدء التحميل من الجزء الخلفي من الجهاز الذي يعمل باتجاه الأمام لتجنب تحريك اليدين على المواد الاستهلاكية لتجنب التلوث المتبادل.
    1. احصل على جميع المواد الاستهلاكية اللازمة لإعداد AutoDG ، بما في ذلك زيت AutoDG للمجسات ، وخراطيش DG32 ، وأطراف الماصة ، وكتلة التبريد ، ولوحة العينة ، ولوحة القطيرات (لوحة DDPCR نظيفة جديدة) ، وسلة المهملات.
    2. على شاشة AutoDG التي تعمل باللمس، المس تكوين لوحة العينة وحدد الأعمدة التي توجد بها العينات على لوحة العينة، ثم اضغط على OK (موافق).
      ملاحظة: ستتحول الشاشة إلى اللون الأصفر للإشارة إلى LOAD حيث يجب تحميل المواد الاستهلاكية.
    3. افتح باب AutoDG وقم بتحميل المواد الاستهلاكية في أماكنها الخاصة.
      ملاحظة: ستحتوي الأماكن المعنية التي يجب تحميل المواد الاستهلاكية فيها على مؤشر أصفر يتحول لاحقا إلى اللون الأخضر إذا تم تحميل المواد الاستهلاكية. هذا مشابه لشاشة اللمس.
    4. قم بتحميل لوحة العينة ولوحة توليد القطرات.
      ملاحظة: يجب وضع لوحة توليد القطيرات على كتلة التبريد. تأكد من أن كتلة التبريد أرجوانية (جاهزة للاستخدام) وليست وردية (يجب الاحتفاظ بها في الفريزر حتى يعود اللون إلى اللون الأرجواني).
    5. أغلق باب AutoDG ، وتأكد من أن الشاشة خضراء (تم تحميل المواد الاستهلاكية) ، وحدد / تأكد من أن نوع الزيت هو Oil for Probes قبل الضغط على Start Droplet Generation.
    6. انتظر حتى يتم إنشاء القطرات. افتح الباب بمجرد أن تظهر الشاشة Droplets Ready وقم بإزالة اللوحة التي تحتوي على القطرات.
    7. أغلق اللوحة بختم رقائق قابل للثقب باستخدام مانع تسرب لوحة مضبوط للتشغيل عند 185 درجةمئوية لمدة 5 ثوان. انتقل إلى تضخيم PCR.
      ملاحظة: يجب أن يبدأ تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل في غضون 30 دقيقة بعد توليد القطيرات.
  3. تضخيم PCR
    1. أدخل لوحة القطيرات المختومة في جهاز تدوير حراري للبئر بعمق 96 ، واضبط حجم العينة على 40 ميكرولتر ودرجة حرارة الغطاء على 105 درجة مئوية.
    2. يقوم تفاعل البوليميراز المتسلسل بتضخيم القطرات باستخدام البرنامج: 95 درجة مئوية لمدة 10 دقائق (تنشيط الإنزيم) ، 40 دورة من التمسخ عند 94 درجة مئوية لمدة 30 ثانية و 1 دقيقة من التلدين / التمديد عند 57 درجة مئوية ، إلغاء تنشيط الإنزيم عند 98 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ، والاستمرار في الخطوة عند 4 درجات مئوية إلى أجل غير مسمى. بعد تفاعل البوليميراز المتسلسل ، اقرأ القطرات أو خزنها في درجة حرارة 4 درجات مئوية لمدة تصل إلى 24 ساعة.
      ملاحظة: استخدم معدل منحدر يبلغ 2 درجة مئوية / ثانية في جميع الخطوات ، حيث قد تختلف معدلات المنحدر باختلاف راكبي الدراجات الحرارية. امسك اللوحة لمدة 30 دقيقة على الأقل عند 4 درجات مئوية للسماح بتثبيت القطرات قبل قراءة القطرات.
  4. قراءة القطيرات
    1. انقل اللوحة ذات 96 بئرا المدورة حراريا إلى قارئ قطرات ، وعلى جهاز كمبيوتر متصل بقارئ القطيرات ، افتح / ابدأ تشغيل البرنامج المصاحب.
    2. في وضع الإعداد ، حدد جديد ثم انقر نقرا مزدوجا فوق أي بئر لفتح مربع الحوار محرر الآبار . حدد الآبار المراد قراءتها واختر التجربة: ABS ، Supermix: ddPCR Supermix للمجسات (بدون dUTP) ، النوع 1 الهدف: Ch1 غير معروف ، النوع 2 الهدف: Ch2 غير معروف.
      ملاحظة: يمكن تحديد سالب أو فارغ أو NTC أو إيجابي من القائمة المنسدلة للنوع 1/2 الهدف لعينات التحكم.
    3. قم بتعيين أسماء الهدف أو النماذج بناء على تخطيط اللوحة وحدد تطبيق. عند الانتهاء ، حدد موافق ، واحفظ القالب الذي تم إنشاؤه. انقر فوق تشغيل وعندما يطلب منك اختيار اللون المناسب (FAM / HEX).
      ملاحظة: يوصى بتحضير النظام قبل التشغيل قبل التشغيل الأول من اليوم. تحقق أيضا مما إذا كانت جميع الأضواء في القارئ خضراء وإذا لم يكن الأمر كذلك ، فاتبع التطبيق الموصى به في حالة تلميح الأداة.
    4. بعد الانتهاء من الحصول على البيانات ، قم بإزالة اللوحة من القارئ. تحليل البيانات كما هو مطلوب.
      ملاحظة: نظرا لأنه يمكن رؤية النتائج الأولية على الشاشة ، يمكن استخدام تشغيل العينات الإيجابية في الآبار الأولى لفحص الجودة في الوقت الفعلي.

4. تحليل البيانات (الشكلان التكميليان 2 و 3)

  1. تحقق من البيانات من جميع الآبار لمعرفة العدد الإجمالي للقطرات. إذا كان عدد القطرات <10000 ، فتجاهل النتائج وكرر الفحص. ضع قطعا لقبول النتائج الإيجابية والسلبية. على سبيل المثال ، يمكن اعتبار عدد القطرات الذي يصل إلى 3 قطرات إيجابية أو أكثر بمثابة قطع للحصول على نتائج إيجابية.
    ملاحظة: يتم إنشاء بيانات لجميع المقايسات ، بما في ذلك المقايسات الفردية والمزدوجة ومزيج المسبار الثلاثي والرباعي باستخدام البرنامج المصاحب. ومع ذلك ، فإن هذا البرنامج مناسب فقط للمقايسات البسيطة والمزدوجة. بالنسبة لمقايسات تعدد الإرسال عالية الترتيب (>3 أهداف) ، هناك حاجة إلى برنامج خارجي.
  2. المقايسات على وجه واحد ومزدوج
    ملاحظة: يمكن للبرنامج الخارجي أيضا تحليل البيانات الفردية والمزدوجة. ومع ذلك ، فإن استخدام البرنامج المصاحب أسهل لهذه المقايسات ، وبالتالي يتم استخدامه في هذه المقالة.
    1. انقر نقرا مزدوجا فوق ملف .qlp ليتم تحليله لفتحه وحدد تحليل.
    2. استخدم أدوات العتبة في السعة 1D والسعة 2D للتمييز بين القطرات الموجبة والسالبة لكل بئر في القناة الصحيحة. يمكن استخدام NTC وعينات التحكم الإيجابية كدليل لتحديد العتبة.
      ملاحظة: تظهر نتائج FAM في القناة 1 بينما تظهر HEX / VIC في القناة 2.
    3. بعد إعداد العتبة ، يمكن تصدير النتائج كملف .csv وتحليلها بشكل أكبر في Excel أو تسجيلها من خلال القراءة مباشرة في نافذة النتائج.
  3. مزيج مسبار ثلاثي (الشكل التكميلي 2) ومقايسات رباعية (الشكل التكميلي 2)
    ملاحظة: قبل تحليل مزيج المسبار الثلاثي والفحص الرباعي ، قم بتنزيل البرنامج الخارجي. راجع الحد الأدنى لمتطلبات النظام قبل التثبيت.
    1. افتح ملف .qlp بالنقر بزر الماوس الأيمن فوقه واختيار فتح باستخدام البرنامج الخارجي ، أو عن طريق فتح البرنامج الخارجي والنقر فوق خيار التصفح لتحديد موقع ملف .qlp في مجلدك ، أو ببساطة عن طريق سحب ملف .qlp وإفلاته على البرنامج الخارجي المفتوح بالفعل.
    2. في علامة تبويب محرر اللوحة ، حدد الآبار المراد تحليلها على الجانب الأيمن من علامة التبويب.
      1. بالنسبة لمزيج المسبار الثلاثي ، حدد القياس الكمي المباشر (DQ) كنوع التجربة ، وحدد Probe Mix Triplex كمعلومات فحص وأدخل أسماء الأهداف وفقا لذلك ، ثم انقر فوق تطبيق.
      2. بالنسبة إلى quadruplex ، حدد القياس الكمي المباشر (DQ) كنوع التجربة ، وحدد Amplitude Multiplex كمعلومات مقايسة وأدخل الأسماء المستهدفة وفقا لذلك ، ثم انقر فوق تطبيق.
    3. على الجانب الأيسر من علامة التبويب 2D Amplitude ، استخدم أدوات الرسم البياني لتعيين ألوان معينة لمجموعات مستهدفة مختلفة بعد اقتراحات نافذة تحديد لتعيين مجموعة .
      ملاحظة: يمكن تطبيق وضع نظام المجموعة المفضل بناء على تفضيلات المستخدمين.
    4. بمجرد تعيين الألوان المستهدفة ، يمكن قراءة بيانات القياس الكمي في نافذة بيانات البئر في أسفل اليمين. قم بتصدير البيانات إلى Excel / csv لمزيد من التحليل باستخدام رمز الشريط الثلاثي في أعلى يمين جدول بيانات البئر.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

في دراسة إثبات المفهوم ، تم اختبار الأداء التحليلي للمقايسات المتعددة على العينات السريرية والبحثية19. كان أداء مقايسات تعدد الإرسال متفوقا على أداء RT-PCR19. نظرا لأن الأعداد المنخفضة من القطرات قد تشير إلى وجود مشكلة أثناء توليد القطيرات ، فقد تم في هذه المقالة تعي...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

تتوفر موارد قليلة حول كيفية تطوير مقايسات RT-ddPCR للكشف عن SARS-CoV-2. على الرغم من عدم استخدامها في هذه المقالة ، يمكن استخدام العينات القياسية ذات النسخ المعروفة لتطوير المقايسات وتحسينها. ومع ذلك ، في هذا العمل ، تم رفع عينات SARS-CoV-2 المزروعة في خلايا Vero-E6 في خلفية الحمض النووي الريبي الجيني البش...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تعارضات للكشف عنها.

Acknowledgements

تم تمويل هذا البحث من قبل Megaproject of Infectious Disease Control من وزارة الصحة الصينية ، رقم المنحة 2017ZX10302301-005 ومركز الأبحاث الصيني الأفريقي المشترك ، رقم المنحة SAJC201605.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
32-channel fully automatic nucleic acid extractor Purifier 32Genfine BiotechFHT101-32Automated extractor for RNA
AutoDG Oil for ProbesBioRad12003017QX200 AutoDG consumable
ddPCR 96-Well PlatesBioRad12003185
ddPCR Supermix for Probes (No dUTP)BioRad1863024Making ddPCR assay mastermix
DG32 AutoDG CartridgesBioRad1864108QX200 AutoDG consumable
Electronic thermostatic water bath potBeijing Changfeng Instrument and Meter CompanyXMTD-8000Heat inactivation of samples
FineMag Rapid Bead Virus DNA/RNA Extraction KitGenfine BiotechFMY502T5Magnetic bead extraction of inactivated RNA samples
Pierceable Foil Heat SealsBioRad1814040
Pipet Tips for the AutoDGBioRad1864120QX200 AutoDG consumable
Pipet Tip Waste Bins for the AutoDGBioRad1864125QX200 AutoDG consumable
PrimeScript RT Master Mix (Perfect Real Time)TaKaRaRR036AcDNA generation
PX1 PCR Plate SealerBioRad1814000Seal the droplet plate from AutoDG
QuantaSoft 1.7 SoftwareBioRad10026368Data acquisition and analysis
QuantaSoft Analysis Pro 1.0BioRadN/AData analysis
QX200 Automated Droplet Gererator (AutoDG)BioRad1864101QX200 AutoDG consumable
QX200 Droplet ReaderBioRad1864003Droplet reading and data acquisition
T100 Thermal CyclerBioRad1861096Droplet target amplification (PCR) and cDNA generation

References

  1. Nyaruaba, R., Mwaliko, C., Kering, K. K., Wei, H. Droplet digital PCR applications in the tuberculosis world. Tuberculosis. 117, 85-92 (2019).
  2. Baker, M. Digital PCR hits its stride. Nature Methods. 9 (6), 541-544 (2012).
  3. Quan, P. L., Sauzade, M., Brouzes, E. dPCR: a technology review. Sensors. 18 (4), Basel, Switzerland. 1271(2018).
  4. Vogelstein, B., Kinzler, K. W. Digital PCR. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (16), 9236(1999).
  5. Kuypers, J., Jerome, K. R. Applications of digital PCR for clinical microbiology. Journal of Clinical Microbiology. 55 (6), 1621(2017).
  6. Li, H., et al. Application of droplet digital PCR to detect the pathogens of infectious diseases. Bioscience Reports. 38 (6), (2018).
  7. Liu, X., et al. Analytical comparisons of SARS-COV-2 detection by qRT-PCR and ddPCR with multiple primer/probe sets. Emerging Microbes & Infections. 9 (1), 1175-1179 (2020).
  8. Suo, T., et al. ddPCR: a more accurate tool for SARS-CoV-2 detection in low viral load specimens. Emerging Microbes & Infections. 9 (1), 1259-1268 (2020).
  9. Liu, Y., et al. Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals. Nature. 582 (7813), 557-560 (2020).
  10. Lv, J., et al. Detection of SARS-CoV-2 RNA residue on object surfaces in nucleic acid testing laboratory using droplet digital PCR. Science of The Total Environment. 742, 140370(2020).
  11. Yu, F., et al. Quantitative detection and viral load analysis of SARS-CoV-2 in infected patients. Clinical Infectious Diseases. 71 (15), 793-798 (2020).
  12. Scutari, R., et al. Long-term SARS-CoV-2 infection associated with viral dissemination in different body fluids including bile in two patients with acute cholecystitis. Life. 10 (11), 302(2020).
  13. Nyaruaba, R., et al. Development of a field-deployable RT-qPCR workflow for COVID-19 detection. Preprints. , (2020).
  14. Whale, A. S., Huggett, J. F., Tzonev, S. Fundamentals of multiplexing with digital PCR. Biomolecular Detection and Quantification. 10, 15-23 (2016).
  15. Dobnik, D., Štebih, D., Blejec, A., Morisset, D., Žel, J. Multiplex quantification of four DNA targets in one reaction with Bio-Rad droplet digital PCR system for GMO detection. Scientific Reports. 6 (1), 35451(2016).
  16. Nyaruaba, R., et al. Development and evaluation of a single dye duplex droplet digital PCR assay for the rapid detection and quantification of mycobacterium tuberculosis. Microorganisms. 8 (5), 701(2020).
  17. VDC Institute. Specific primers and probes for detection 2019 novel coronavirus. , Available from: http://www.chinaivdc.cn/kyjz/202001/t20200121_211337.html (2020).
  18. Lu, R., et al. SARS-CoV-2 detection using digital PCR for COVID-19 diagnosis, treatment monitoring and criteria for discharge. medRxiv. , (2020).
  19. Nyaruaba, R., et al. Developing multiplex ddPCR assays for SARS-CoV-2 detection based on probe mix and amplitude based multiplexing. Expert Review of Molecular Diagnostics. , 1-11 (2020).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE 169 SARS CoV 2 RT ddPCR

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved