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Recombinase polymerase amplification technology : Assessment for nucleic acid-based acid-based point-of-care diagnostics

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2015
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Cette thèse de doctorat porte dans l’ensemble une étude approfondie sur une technologie émergente pour l’amplification isotherme des acides nucléiques appelée recombinase polymerase amplification (RPA). L’introduction porte une description détaillée sur la RPA. Cette revue de littérature documente et discute les diverses applications de la RPA en soulignant les connaissances actuelles concernant les applications diagnostiques. Malgré la composition complexe de la RPA (6 à 7 protéines dans le même mélange réactionnel), cette dernière s’avère une technologie rapide (générant des résultats < 20 min), spécifique et sensible (détection de l’ordre de quelques copies de génome), et largement appliquée dans différentes disciplines. Ces avantages nous permettent de croire que la RPA possède la flexibilité nécessaire pour être utilisée comme outil de diagnostic rapide des maladies infectieuses en réduisant le temps d’obtention des résultats à moins d’une heure au lieu de 2 à 3 jours avec les tests de cultures standards. En conséquence, il sera possible d’intégrer la RPA dans des plateformes microfluidiques ou laboratoire sur puce qui permettent la préparation d’échantillons, l’amplification et la détection des acides nucléiques des microbes causant des infections. En premier lieu, les travaux de cette thèse ont généré des lignes directrices additionnelles pour la conception des amorces/sondes RPA. En second lieu, nos travaux ont permis de développer un essai diagnostic RPA pour la détection des streptocoques du groupe B, responsables de la septicémie et la méningite chez les nouveau-nés. Cet essai fut le premier à évaluer la performance de la RPA avec des échantillons cliniques humains. Ce test diagnostic RPA a été comparé à une méthode de référence, la réaction en chaîne par polymérase (PCR). Cette démonstration sur des échantillons cliniques nous à inciter à pousser notre étude pour réaliser le dernier objectif de ce projet qui consistait à automatiser la RPA par intégration dans un système microfluidique miniaturisé centripète. Une collaboration avec des experts en génies et en matériaux a permis de générer un dispositif microfluidique appelé blade ainsi de l’instrument impliqué dans l’opération des différentes tâches mécanistiques. Ces résultats préliminaires suggèrent qu’il sera important d’offrir un système automatisé complet applicable au chevet du patient. Par conséquence, il sera possible d’exécuter une analyse complète des agents infectieux en moins d’une heure sans le besoin des procédures complexes de préparation et de transport des échantillons cliniques ni le recours à du personnel qualifié.
This dissertation consists of an exhaustive study on an emerging technology for isothermal amplification of nucleic acids called recombinase polymerase amplification (RPA). The introduction of this thesis is a detailed description of the RPA. This review documents and discusses the various applications of this technology by pointing to the current knowledge about RPA for diagnostic applications. Despite the complex composition of RPA (6 to 7 proteins in the same reaction mixture), the latter was shown to be rapid (generating results in < 20 min), specific and sensitive (detecting few target genome copies), and applied widely in different fields. Based on these advantages, we assume that RPA has a flexibility allowing it to be used for the rapid diagnosis of infectious diseases thus reducing time-to-result to less than an hour. Consequently, it will be possible to integrate RPA in microfluidic platforms providing a lab-on chip system. The first part of this doctoral project generated additional guidelines for RPA primers/probes design to develop specific RPA diagnostic assays. Second, we developed an RPA diagnostic test for the detection of group B streptococci, responsible for sepsis and meningitis in newborns. This assay was the first to evaluate RPA with human clinical samples. This diagnostic test was compared to a reference method, the polymerase chain reaction (PCR). This demonstration with clinical samples served to carry out the final objective of this project that was to automate RPA in a miniaturized microfluidic centripetal system. Collaboration with engineers and experts in materials has generated the microfluidic device called "blade" and the instrument involved in the operation of various mechanistic tasks. These preliminary results suggested that it will be important to provide an automated system applicable at bedside. Consequently, it will be possible to perform a complete analysis of infectious agents in less than an hour without the need for complex procedures for the preparation and transport of clinical specimens or the assistance of qualified personnel.
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thèse de doctorat