Разработка автоматизированной системы мониторинга антигенов коронавирусной инфекции на основе иммунохроматографического анализа

Целью исследования является разработка проекта прибора экспресс-анализатора на определение антигенов семейства коронавирусов.

Методы. Теоретические подходы при проектировании прибора экспресс-анализа были основаны на теории вирусологии, применении прикладной теории конечных автоматов, общей теории систем, статистического анализа, дифференциально-интегрального исчисления, теории множеств и графов. Анализ обнаружения антигенов CoV проходит в твердофазном иммунохроматографическом состоянии. Построение модели прибора и имитационное моделирование выполнено с помощью Software CX-One.

Результаты. В декабре 2019 г. в Китайской Народной Республике была обнаружена новая коронавирусная инфекция в городе Wuhan, вирусу было присвоено имя 2019-nCoV. В 2020 г. Мировая организация здравоохранения зарегистрировала пандемию, вызванную коронавирусной инфекцией, и классифицировала новый коронавирус как SARS-CoV-2. Конец 2021 г. характеризовался дальнейшей мутацией коронавируса и появлением штамма Омикрон. В марте 2022 г. был зафиксирован штамм омикрон BA.2 (стелс-омикрон), характер заболевания при котором также протекает по типу острого катарального синдрома или острого респираторного заболевания. Особенностью новых штаммов является более высокая скорость распространения, а также адаптация возбудителя к организму хозяина. В период 2022-2023 гг. ожидается появление новых штаммов коронавируса SARS-CoV-2, что делает разработку экспресс-анализатора актуальной. Изучена методика экспресс-анализа инфицирования с помощью специальных диагностических щупов на основе вторичных иммобилизованных антител. Разработана технологическая карта проектируемого прибора. Разработаны логические уравнения и релейно-контактные схемы управления, реализованные на программно-аппаратном комплексе OMRON. Построение прибора экспресс-диагностики инфицирования коронавирусом позволит решить проблему по ускорению периода диагностики, снизить производственные, биологические риски у работников лаборатории, увеличить количество исследованных проб за единицу времени, тем самым улучшить эпидемиологическую обстановку.

Заключение. Экспресс-анализатор на наличие антигенов коронавируса позволит оперативно определять инфицирование на РНК коронавируса.

1. Щелканов М. Ю., Колобухина Л. В., Львов Д. К. Коронавирусы человека (Nidovirales, Coronaviridae): возросший уровень эпидемической опасности // Лечащий врач. 2013. № 10. С. 49.

2. Грипп (сезонный, птичий, пандемический) и другие ОРВИ / под ред. проф. B. П. Малого, проф. М. А. Андрейчина. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. 320 с.

3. Временные методические рекомендации. Профилактика, диагностика и лечение новой коронавирусной инфекции (COVID-19). Версия 7 (03.06.2020). URL: https://legalacts.ru/doc/vremennye-metodicheskie-rekomendatsii-profilaktika-diagnostika-i-lechenie-novoi-koronavirusnoi_4/ (дата обращения: 14.05.2022).

4. Перевезенцев О. А., Холодная Т. О., Бурцев Д. В. Зарубежный опыт молекулярно-генетической и иммунологической диагностики SARS-CoV-2 (Обзор) // Лабораторная служба. 2021. Т. 10, № 4. С. 47-54.

5. Шанчев А. А. Роль КДЛ в диагностике и лечении пациентов с SARS-CoV-2 // Справочник заведующего КДЛ. 2020. № 6. С. 51-56.

6. Григорьева Т. Д., Фалилеева М. Ю., Горохова А. И. Определение антител класса IGG к SARS-CoV-2 методом ИФА: мнения лаборанта и эксперта // Справочник заведующего КДЛ. 2021. № 1. С. 36-40.

7. Мультимодальная дифференциальная диагностика вирусной пневмонии в условиях пандемии SARS-CoV2 (клиническое наблюдение) / А. В. Борсуков [и др.] // Медицинский алфавит. 2021. № 13. С. 31-35. https://doi.org/10.33667/2078-5631-2021-13-31-35.

8. Diagnostic performance and characteristics of anterior nasal collection for the SARS-CoV-2 antigen test: a prospective study / Y. Takeuchi [et al.] // Scientific Reports. 2021. Vol. 11 (1). P. 10519.

9. Accurate SARS-CoV-2 seroprevalence surveys require robust multi-antigen assays / C. Fotis [et al.] // Scientific Reports. 2021. Vol. 11 (1). P. 6614.

10. Quantifying the potential value of antigen-detection rapid diagnostic tests for COVID- 19: a modelling analysis / S. Ricks [et al.] // BMC Medicine. 2021. Vol. 19 (1). P. 75.

11. Analysis of SARS-CoV-2 antibodies in COVID-19 convalescent blood using a coronavirus antigen microarray / R. R. de Assis [et al.] // Nature Communications. 2021. Vol. 12 (1). P. 6.

12. Evaluation of SARS-CoV-2 antigen-based rapid diagnostic kits in Pakistan: formulation of COVID-19 national testing strategy / U. Saeed [et al.] // Virology Journal. 2021. Vol. 18 (1). P. 34.

13. Kowada A. Greater public health impact of COVID-19 antigen detection tests // BMC Medicine. 2021. Vol. 19 (1). P. 82.

14. Особенности реализации программы дополнительной подготовки врачей по специальности «Анестезиология-реаниматология», «Интенсивная терапия осложненных форм новой коронавирусной инфекции» / А. Ю. Сморкалов [и др.] // Виртуальные технологии в медицине. 2020. № 2 (24). С. 42-47.

15. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2022612845. Polymorphism analysis of russian SARS-COV-2 (PARUS) / С. О. Синицын [и др.]. № 2022611757; заявл. 11.02.22; опубл. 01.03.22.

16. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2021667302. Программа для автоматизации анализа серологических маркеров антител иммуноглобулинов IGG и IGM COVID-19 (Экспресс-анализ антител IGG И IGM COVID-19) / С. Н. Костарев, О. В. Кочетова, С. О. Синицын, Т. Г. Середа. № 2021666591; заявл. 20.10.21; опубл. 27.10.21.

17. Разработка системы автоматического диагноза на наличие антител иммуноглобулинов IGG и IGM SARS-CoV-2 / С. Н. Костарев, О. В. Кочетова, Н. А. Татарникова, Т. Г. Середа // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2021. Т. 11, № 2. С. 8-24.

18. Пат. 2764023 C1 Российская Федерация. Система CRISPR-CAS12 для выявления РНК вируса SARS-COV-2 в ультра-низких концентрациях / А. И. Тюменцев [и др.]. № 2021128583; заявл. 30.09.21; опубл. 12.01.22.

19. Иммунологические аспекты поражения коронавирусом SARS-CoV-2 /

20. Т. И. Миннуллин [и др.] // Вестник Российской Военно-медицинской академии. 2021. № 2 (74). С. 187-198.

21. Курош А. Г. Курс высшей алгебры. СПб.: Лань, 2006. 432 с.

22. Хусанов Х. И., Шевкопляс Л. А. Сравнительный анализ SARS-COV-2, SARS-COV и MERS-COV // Инновации. Наука. Образование. 2020. № 21. С. 1597-1607.

23. UniProt. URL: https://www.uniprot.org/proteomes/UP000464024 (дата обращения: 18.05.2022).

24. Акиншина Ю. А., Марданлы С. С., Киселева В. А. Иммунохроматографическая тест-система для дифференцированного выявления антител классов М и G к корона- вирусу SARS-COV-2 // Известия ГГТУ. Медицина, фармация. 2020. № 3. С. 12-16.

25. Акиншина Ю. А., Марданлы С. С., Киселева В. А. Иммунохроматографический тест для дифференцированного выявления антител классов M и G к коронавирусу SARS-COV-2 // Клиническая лабораторная диагностика. 2020. Т. 65, № 11. С. 688-692.