Please wait a minute...
IMAGE/TABLE DETAILS
Advances in the Application of CRISPR/Cas Systems in Molecular Diagnostics
WANG Ke, CHEN Wenhui, LEI Chunyang, NIE Zhou
Synthetic Biology Journal    DOI: 10.12211/2096-8280.2025-042

Fig. 4 Schematic diagram of detection methods using the CRISPR/Cas system for precise diagnosis of infectious diseases
Extracts from the Article
CRISPR/Cas的分子诊断技术在新冠疫情中的重要应用使得该技术得到了迅速发展。2020年5月,Sherlock Biosciences的SARS-CoV-2检测试剂盒获得美国FDA的紧急使用授权(EUA),这是FDA首次批准使用CRISPR诊断技术进行传染病检测[42-44]。该技术以张锋团队开发的SHERLOCKv2系统为基础,结合了Cas13、Cas12a和Csm6[19],以便同时检测多种核酸。然而,SHERLOCK需分步操作和复杂样本处理,增加了交叉污染风险。为此,研究人员[45]将等温扩增与CRISPR整合为单一反应体系,开发了STOP Covid.v1技术,通过使用热稳定Cas12b酶以及对缓冲液进行优化,使检测流程得以简化,并成功将检测时间缩短至<1小时。后续的STOP Covid.v2通过磁珠富集技术将样本处理时间进一步压缩至15分钟[44],并通过一体化反应设计显著提升灵敏度和临床适用性[图4(a)],尤其适用于资源受限环境。从SHERLOCK到STOP Covid的技术迭代,体现了核酸检测技术在便携性、灵敏度及操作简化方面可持续优化的特点。
为突破传统技术高通量瓶颈,Sabeti团队将Cas13的高特异性与微流控芯片的微型化特性结合[图4(b)],开发了CARMEN(Combinatorial Arrayed Reactions for Multiplexed Evaluation of Nucleic acids)技术[46],能够同时检测一个样本中169种病毒,检测灵敏度达到飞摩尔级,并能快速整合新发病毒检测模块。该技术的实际成本降低了300倍以上,为大规模疾病监测提供低成本、高灵活性方案。然而,CARMEN在临床转化中面临硬件复杂、通量有限(单次8样本)及手动操作繁琐等挑战。为此,该团队提出mCARMEN技术,通过商用Fluidigm微流控芯片将样本通量提升至单次192样本(24指标)或96样本(96指标),检测成本降至<13美元/样本;优化自动化流程后,手动操作时间缩短至5小时内,灵敏度在10 copies/μL时提升至98.4%,反应速度加快至1小时内完成。此外,mCARMEN结合Cas13与Cas12系统,实现SARS-CoV-2和流感病毒拷贝数的定量检测,在Omicron暴发期较测序提前7天提供监测数据。这些改进使mCARMEN从科研工具转化为高灵敏度、高通量、多功能的临床诊断平台,填补了多重检测、变种追踪和实时响应的技术空白。
Other Images/Table from this Article