城大研发准确的新冠病毒抗体水平快速检测
疫苗已成为抗击新冠病毒（COVID-19）大流行的最重要武器，但接种疫苗后体内的抗体水平会随着时间而迅速衰减，影响抵御病毒的免疫能力。故此，全球现迫切需要一种准确并价格可负担的抗体水平快速测试技术，以便调整疫苗再接种策略。由香港城市大学（城大）学者领导的一支研究团队，最近便研发了一种准确的快速检测装置，只需少至20分钟，此装置即可把样本的抗体水平量化成如水银温度计一样易于读取、肉眼可分辨的显示条。这创新发明将有助以更便捷的方式进行大规模的病毒免疫力筛查，或是帮助个人监测自己对新冠病毒的免疫保护能力。
人体抗体水平的高低与防范新冠病毒感染的免疫保护力有很强的关联性，但它会因应疫苗类型的不同而有所差异，并且会迅速衰减。在后疫苗时代，加上变异病毒株Omicron的兴起，采用快速、准确及经济的新方式去监测普罗大众的抗体水平，变得至为关键，因这可以成为有效的警示，提醒人们重新接种疫苗的必要性。然而，现有的抗体检测方法有各种局限，例如像快速抗原测试般的层流法只能提供简单的阳性或阴性结果，无法显示抗体水平；而传统免疫检测、例如酶联免疫吸附测定（ELISA）或电化学检测法，则需要专业的实验室或医院的设备进行测量，但若以此进行日常的抗体水平监控，将会极为昂贵及耗时，不太实际。
由城大生物医学工程学系副教授陈定璿博士领导的研究团队，最近便研究出一个解决方案。他们研发了一种崭新的抗体水平快速检测方法，令普通人仅凭肉眼也可读出抗体水平。有关研究结果已发表于学术期刊《科学进展》（Science Advances），题为〈Microfluidic particle dam for direct visualization of SARS-CoV-2 antibody levels in COVID-19 vaccinees〉。
以易于阅读的方式 显示抗体水平
陈定璿博士解释说︰“许多研究人员都尝试改良或缩小传统免疫检测方法至可便携模式，但是这些已小型化的免疫测定法，仍需要专用的阅读器来采集大大小小的讯号。此类阅读器价钱昂贵，且不適合未经培训的用户操作，很容易有误差。”他续说：“相比之下，我们发明的独特新装置，可直接在芯片上显示抗体水平。通过查看芯片显示条的长度，我们的装置让用户可像温度计一样读取样本的抗体水平，无需其他仪器的辅助，故此它更适合一般市民日常使用。”
城大团队开发的新式快速测试法，是一部面积仅如手指般大小的微流体装置，内含两种特殊设计的微粒：磁性微粒（magnetic microparticles, MMPs）和聚苯乙烯微粒（polystyrene microparticles, PMPs），两者都能够与抵御新冠肺炎病毒SARS-CoV-2的抗体结合。如果样本中含有相关抗体，它们将与MMPs和PMPs结合，成为“MMP-抗体-PMP”联合微粒子。
研究人员只需将血清样本再与上述的微粒溶液混合并注入微流控芯片之中，便可展开测试。当混合了血清样本的颗粒溶液流经芯片时，芯片内置的磁性分离器会把MMPs以及与之连结的微粒子吸走。没有与MMPs结合的PMPs则会继续流动，直到它们被困于粒子坝（particle dam）之上。随着PMPs的积聚，它会逐渐形成一条肉眼可见的显示条，其长度与溶液中以纳克每毫升为计算单位的抗体水平成反比，即是说显示条越短，样本中的抗体水平便越高，反之亦然。因此，新的快速测试装置可以像温度计显示温度一样，把抗体水平量化及可视化（图一）。
研究团队测试了经过连续稀释而制备的样本，以确认新发明装置的检测灵敏度。实验结果证明新装置可以检测到含量低至10.75ng/ml的抗体，这比传统的旧式快速检测灵敏得多。更重要的是，新装置的抗体水平检测结果极准确，与专业实验室的黄金标准ELISA检测法得到的结果非常接近。
新测试装置灵敏度高，不易受干扰
研究团队测其后再测试了新装置在未稀释血清中检测抗体的表现，以了解生物样本中的复杂成分会否干扰其检测性能。新装置的检测水平可调整为灵敏模式或快速模式，实验结果显示，在灵敏模式下可于70分钟内检测出浓度低至13.3ng/ml的抗体；若采用快速模式，测试仅需20分钟，可检测的最低浓度则为57.8ng/ml。
研究人员并於香港招募了91名没有新冠肺炎病史的志愿者，他们在进行抗体测试前数星期，刚刚接种了第二剂疫苗。研究结果显示，接受mRNA疫苗（BioNTech）的志愿者的抗体水平达到1080.8ng/mL，远高於接受灭活疫苗（Sinovac）的志愿者的 30.2ng/ml 抗体水平然而，两组志愿者的抗体水平在第一次测量的45天後均显着下降。值得注意的是，新快速检测结果与ELISA得到的结果高度一致，显示团队研发的抗体水平快速检测装置的准确性，可与专业实验室的黄金标准媲美。
“我们的研究结果显示，我们的微流控快速检测装置可以提供低成本、快速和准确的方法去测量抗体水平，而用戶只需目测即可读出检测结果，尤其适用于需节省时间的大规模筛查以及个人日常使用。新的快速检测可应用于本地诊所，甚至是边境入境口岸的检测站。”陈博士续说：“这检测方法或可发展成基于抗体水平的'免疫护照'，以便更好地评估市民大众的免疫状态，从而调节社交距离等措施，在加速经济复苏的同时，毋须增加医疗系统的负担。这种新的检测能力或可帮助各国找出新方法去应对这场全球疫症大流行，不论各地政府想对病毒采取零容忍抑或共存的抗疫策略。”
陈博士和他的团队现正改良该抗体检测装置，令它更容易应用及方便家居使用，例如使之从唾液或鼻腔分泌物等样本中也能检测抗体。
快速检测模式的操作程序。磁性微粒首先与未稀释的血清混合，然后用手摇动五分钟，以捕获抵御SARS-CoV-2的抗体。随即使用磁力架“沖洗”以去除其他干扰因素，再加入聚苯乙烯微粒子，并再度用手摇动五分钟。接下来，把溶液注入微流体装置，当进入装置的微通道后，十分钟内便会形成肉眼可见的聚苯乙烯微粒积聚物（显示条）。（视频来源：Wu., M. et al. / DOI: 10.1126/sciadv.abn6064）
研究论文的共同第一作者为城大生物医学工程学系博士后吴明会博士及博士生吴思颖，陈博士为通讯作者。这次的研究与香港大学的Dr Iris Li Wai-sum合作完成，并主要由创新及科技基金资助进行。
本文于 “香港城大研创” 微信公众号发布。
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