城大研發準確的新冠病毒抗體水平快速檢測
疫苗已成為抗擊新冠病毒（COVID-19）大流行的最重要武器，但接種疫苗後體內的抗體水平會隨著時間而迅速衰減，影響抵禦病毒的免疫能力。故此，全球現迫切需要一種準確並價格可負擔的抗體水平快速測試技術，以便調整疫苗再接種策略。由香港城市大學（城大）學者領導的一支研究團隊，最近便研發了一種準確的快速檢測裝置。只需少至20分鐘，此裝置即可把樣本的抗體水平量化成如水銀溫度計一樣易於讀取、肉眼可分辨的顯示條。這創新發明將有助以更便捷的方式進行大規模的病毒免疫力篩查，或是幫助個人監測自己對新冠病毒的免疫保護能力。
人體抗體水平的高低與防範新冠病毒感染的免疫保護力有很強的關聯性，但它會因應疫苗類型的不同而有所差異，並且會迅速衰減。在後疫苗時代，加上變異病毒株Omicron的興起，採用快速、準確及經濟的新方式去監測普羅大眾的抗體水平，變得至為關鍵，因這可以成為有效的警示，提醒人們重新接種疫苗的必要性。然而，現有的抗體檢測方法有各種局限，例如像快速抗原測試般的層流法，只能提供簡單的陽性或陰性結果，無法顯示抗體水平；而傳統免疫檢測、例如酶聯免疫吸附測定（ELISA）或電化學檢測法，則需要專業的實驗室或醫院的設備進行測量，但若以此進行日常的抗體水平監控，將會極為昂貴及耗時，不太實際。
由城大生物醫學工程學系副教授陳定璿博士領導的研究團隊，最近便研究出一個解決方案。他們研發了一種嶄新的抗體水平快速檢測方法，令普通人僅憑肉眼也可讀出抗體水平。有關研究結果已發表於學術期刊《科學進展》（Science Advances），題為〈Microfluidic particle dam for direct visualization of SARS-CoV-2 antibody levels in COVID-19 vaccinees〉。
以易於閱讀的方式顯示抗體水平
陳定璿博士解釋說︰「許多研究人員都嘗試改良或縮小傳統免疫檢測方法至可便攜模式，但是這些已小型化的免疫測定法，仍需要專用的閱讀器來採集大大小小的訊號。此類閱讀器價錢昂貴，且不適合未經培訓的用戶操作，很容易有誤差。」他續說：「相比之下，我們發明的獨特新裝置，可直接在芯片上顯示抗體水平。通過查看芯片顯示條的長度，我們的裝置讓用戶可像溫度計一樣讀取樣本的抗體水平，無需其他儀器的輔助，故此它更適合一般市民日常使用。」
城大團隊開發的新式快速測試法，是一部面積僅如手指般大小的微流體裝置，內含兩種特殊設計的微粒：磁性微粒（magnetic microparticles, MMPs）和聚苯乙烯微粒（polystyrene microparticles, PMPs），兩者都能夠與抵禦新冠肺炎病毒SARS-CoV-2的抗體結合。如果樣本中含有相關抗體，它們將與MMPs和PMPs結合，成為「MMP-抗體-PMP」聯合微粒子。
研究人員只需將血清樣本與上述的微粒溶液混合並注入微流控芯片之中，便可展開測試。當混合了血清樣本的顆粒溶液流經芯片時，芯片內置的磁性分離器會把MMPs以及與之連結的微粒子吸走。沒有與MMPs結合的PMPs則會繼續流動，直到它們被困於粒子壩（particle dam）之上。隨著PMPs的積聚，它會逐漸形成一條肉眼可見的顯示條，其長度與溶液中以每毫升納克（nanograms per millilitre）為計算單位的抗體水平成反比，即是說顯示條越短，樣本中的抗體水平便越高，反之亦然。因此，新的快速測試裝置可以像溫度計顯示溫度一樣，把抗體水平量化及可視化。（圖一）
研究團隊測試了經過連續稀釋而製備的樣本，以確認新發明裝置的檢測靈敏度。實驗結果證明新裝置可以檢測到含量低至10.75ng/ml的抗體，這比傳統的舊式快速檢測靈敏得多。更重要的是，新裝置的抗體水平檢測結果極準確，與專業實驗室的黃金標準ELISA檢測法得到的結果非常接近。
新測試裝置靈敏度高，不易受干擾
研究團隊測其後再測試了新裝置在未稀釋血清中檢測抗體的表現，以了解生物樣本中的複雜成分會否干擾其檢測性能。新裝置的檢測水平可調整為靈敏模式或快速模式，實驗結果顯示，在靈敏模式下可於70分鐘內檢測出濃度低至13.3ng/ml的抗體；若採用快速模式，測試僅需 20 分鐘，可檢測的最低濃度則為57.8ng/ml。
研究人員並於香港招募了91名沒有新冠肺炎病史的志願者，他們在進行抗體測試前數星期，剛剛接種了第二劑疫苗。研究結果顯示，接受mRNA疫苗（BioNTech）的志願者的抗體水平達到1080.8ng/mL，遠高於接受滅活疫苗（Sinovac）的志願者的 30.2ng/ml 抗體水平然而，兩組志願者的抗體水平在第一次測量的45天後均顯著下降。值得注意的是，新快速檢測結果與ELISA得到的結果高度一致，顯示團隊研發的抗體水平快速檢測裝置的準確性，可與專業實驗室的黃金標準媲美。
「我們的研究結果顯示，我們的微流控快速檢測裝置可以提供低成本、快速和準確的方法去測量抗體水平，而用家只需目測即可讀出檢測結果，尤其適用於需節省時間的大規模篩查以及個人日常使用。新的快速檢測可應用於本地診所，甚至是邊境入境口岸的檢測站。」陳博士續說：「這檢測方法或可發展成基於抗體水平的『免疫護照』，以便更好地評估市民大眾的免疫狀態，從而調節社交距離等措施，在加速經濟復蘇的同時，毋須增加醫療系統的負擔。這種新的檢測能力或可幫助各國找出新方法去應對這場全球疫症大流行，不論各地政府想對病毒採取零容忍抑或共存的抗疫策略。」
陳博士和他的團隊現正改良該抗體檢測裝置，令它更容易應用及方便家居使用，例如使之從唾液或鼻腔分泌物等樣本中也能檢測抗體。
快速檢測模式的操作程序。磁性微粒首先與未稀釋的血清混合，然後用手搖動五分鐘，以捕獲抵禦SARS-CoV-2的抗體。隨即使用磁力架「沖洗」以去除其他干擾因素，再加入聚苯乙烯微粒子，並再度用手搖動五分鐘。接著下來，把溶液注入微流體裝置，當進入裝置的微通道後，10分鐘內便會形成肉眼可見的聚苯乙烯微粒積聚物（顯示條）。（影片來源：Wu., M. et al. / DOI: 10.1126/sciadv.abn6064）
研究論文的共同第一作者為城大生物醫學工程學系博士後吳明會博士及博士生吳思穎，陳博士為通訊作者。今次的研究與香港大學的Dr Iris Li Wai-sum 合作完成，並主要由創新及科技基金資助進行。