Published March 27, 2024 | Version v1
Publication Open

Modified streptavidin–biotin based lateral flow test strip for rapid detection of SARS-CoV-2 S1 antigen in saliva samples

Creators

  • 1. Theodor Bilharz Research Institute

Description

Compared to other infectious diseases, for which LFT development can take years, SARS-CoV-2 antigen LFTS were developed and deployed within months. LFTS for antigen detection were adopted on an unprecedented scale during the COVID-19 pandemic, but many of them lack the sensitivity especially for samples with low viral load. In our previous work, we developed an enhanced signal strip for detection of SARS CoV-2 SI antigens in saliva. Here we introduce some modification to improve the sensitivity, and specificity, and to lower the cost of the strip, by using biotin streptavidin (BS) system. In the modified BS strip, gold-streptavidin and biotinylated Nanobodies (Nbs) against S1 antigen were externally mixed with the tested samples (saliva or nasopharyngeal swab) before their application on the sample pad of the test strip containing angiotensin converting enzyme (ACE-2), as the capturing probe. The study included 320 individuals, with 180 being positively confirmed by RT-PCR and 140 confirmed negative, as well as, 45 health care workers, who were responsible for screening and handling of surgical cases in General Surgery Department and COVID clinic of TBRI. Our results proved that modified BS strip improved the overall sensitivity and specificity of S1antigen detection in saliva samples (95.21% and 99.29% respectively) compared to our previously developed enhanced LFTS (91.66% and 98.57% respectively). Also, the sensitivity of cases with Ct ≤ 30, Ct ≤ 35, and Ct ≤ 40 using the modified BS strip showed higher values (98.54%, 95.38%, and 88.89% respectively), compared to the corresponding results of our previously developed enhanced LFTS (95.86%, 92.31%, and 82.22% respectively). There were no cross-reactions with either Middle East respiratory syndrome corona virus MERS-CoV or SARS-CoV antigens. Furthermore, we found that the lower viral detection limit (LVD) of BS strip was obviously lower than our previous LVD limit of the enhanced LFTS (0.2 × 104 copies/ml vs. 0.4 × 104 copies/ml, respectively). Our developed BS strip showed that saliva samples gave better results than nasopharyngeal swabs of the same patients. The fact of using smaller amounts of Nbs, and ACE2, as well as the dispensing off of conjugate pad when applying BS strip modifications, justified the expected reduction in the costs of the strip. The implementation of BS strips on saliva samples of 45 health co-workers, who were tested 4 and 6 days after exposure to infection, showed an increase in the sensitivity, starting from the 4th day and reaching its highest level on the 6th day in both high risk and paramedic groups (90.9%, and 80.0%, respectively). This study provides evidence that employment of the modified BS system could increase the sensitivity of the strips, lower their cost, and render them an effective screening tool for early detection of the virus in saliva of suspected Covid-19 patients.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

مقارنة بالأمراض المعدية الأخرى، التي يمكن أن يستغرق تطوير LFT لها سنوات، تم تطوير ونشر مستضدات فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة (SARS - CoV -2) في غضون أشهر. تم اعتماد اختبارات وظائف الكبد للكشف عن المستضدات على نطاق غير مسبوق خلال جائحة كوفيد-19، لكن العديد منها يفتقر إلى الحساسية خاصة للعينات ذات الحمل الفيروسي المنخفض. في عملنا السابق، طورنا شريط إشارة محسن للكشف عن مستضدات فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة في اللعاب. نقدم هنا بعض التعديلات لتحسين الحساسية والخصوصية، ولتخفيض تكلفة الشريط، باستخدام نظام ستربتافيدين البيوتين (BS). في شريط BS المعدل، تم خلط الستريبتافيدين الذهبي والأجسام النانوية المعالجة بالبيوتينيل (Nbs) ضد مستضد S1 خارجيًا مع العينات التي تم اختبارها (اللعاب أو مسحة البلعوم الأنفي) قبل تطبيقها على لوحة عينة شريط الاختبار التي تحتوي على إنزيم تحويل الأنجيوتنسين (ACE -2)، كمسبار الالتقاط. شملت الدراسة 320 فردًا، مع 180 تأكيدًا إيجابيًا من قبل RT - PCR و 140 تأكيدًا سلبيًا، بالإضافة إلى 45 من العاملين في مجال الرعاية الصحية، الذين كانوا مسؤولين عن فحص ومعالجة الحالات الجراحية في قسم الجراحة العامة وعيادة كوفيد في TBRI. أثبتت نتائجنا أن شريط BS المعدل أدى إلى تحسين الحساسية والخصوصية الإجمالية للكشف عن مستضد S1 في عينات اللعاب (95.21 ٪ و 99.29 ٪ على التوالي) مقارنة مع اختبارات وظائف الكبد المحسنة التي طورناها سابقًا (91.66 ٪ و 98.57 ٪ على التوالي). أيضًا، أظهرت حساسية الحالات التي تحتوي على Ct ≤ 30 و Ct ≤ 35 و Ct ≤ 40 باستخدام شريط BS المعدل قيمًا أعلى (98.54 ٪ و 95.38 ٪ و 88.89 ٪ على التوالي)، مقارنة بالنتائج المقابلة لـ LFTS المحسنة التي طورناها سابقًا (95.86 ٪ و 92.31 ٪ و 82.22 ٪ على التوالي). لم تكن هناك تفاعلات متبادلة مع مستضدات فيروس كورونا المرتبط بمتلازمة الشرق الأوسط التنفسية (MERS - CoV) أو فيروس كورونا المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة (SARS - CoV). علاوة على ذلك، وجدنا أن الحد الأدنى للكشف الفيروسي (LVD) لشريط BS كان أقل بوضوح من حد LVD السابق الخاص بنا لـ LFTS المحسنة (0.2 × 104 نسخة/مل مقابل 0.4 × 104 نسخة/مل، على التوالي). أظهر شريط BS المطور لدينا أن عينات اللعاب أعطت نتائج أفضل من مسحات البلعوم الأنفي لنفس المرضى. إن حقيقة استخدام كميات أصغر من Nbs، و ACE2، بالإضافة إلى الاستغناء عن الوسادة المترافقة عند تطبيق تعديلات شريط BS، تبرر الانخفاض المتوقع في تكاليف الشريط. أظهر تنفيذ شرائح BS على عينات اللعاب لـ 45 من زملاء العمل الصحيين، الذين تم اختبارهم بعد 4 و 6 أيام من التعرض للعدوى، زيادة في الحساسية، بدءًا من اليوم الرابع والوصول إلى أعلى مستوى لها في اليوم السادس في كل من المجموعات عالية الخطورة والمسعفين (90.9 ٪، و 80.0 ٪، على التوالي). تقدم هذه الدراسة دليلاً على أن استخدام نظام BS المعدل يمكن أن يزيد من حساسية الشرائط، ويقلل من تكلفتها، ويجعلها أداة فحص فعالة للكشف المبكر عن الفيروس في لعاب مرضى كوفيد-19 المشتبه بهم.

Translated Description (French)

Par rapport à d'autres maladies infectieuses, pour lesquelles le développement du LFT peut prendre des années, les LFT de l'antigène SARS-CoV-2 ont été développées et déployées en quelques mois. Les LFT pour la détection des antigènes ont été adoptées à une échelle sans précédent pendant la pandémie de COVID-19, mais beaucoup d'entre elles manquent de sensibilité, en particulier pour les échantillons à faible charge virale. Dans nos travaux précédents, nous avons développé une bande de signal améliorée pour la détection des antigènes SRAS CoV-2 SI dans la salive. Ici, nous introduisons quelques modifications pour améliorer la sensibilité et la spécificité, et pour réduire le coût de la bandelette, en utilisant le système de biotine streptavidine (BS). Dans la bande BS modifiée, de l'or-streptavidine et des nanocorps biotinylés (Nbs) contre l'antigène S1 ont été mélangés à l'extérieur avec les échantillons testés (salive ou écouvillon nasopharyngé) avant leur application sur le tampon d'échantillon de la bandelette réactive contenant l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ACE-2), en tant que sonde de capture. L'étude comprenait 320 personnes, dont 180 ont été confirmées positivement par RT-PCR et 140 confirmées négatives, ainsi que 45 travailleurs de la santé, qui étaient responsables du dépistage et de la prise en charge des cas chirurgicaux dans le département de chirurgie générale et la clinique COVID de TBRI. Nos résultats ont prouvé que la bande BS modifiée améliorait la sensibilité globale et la spécificité de la détection de l'antigène S1 dans les échantillons de salive (95,21% et 99,29% respectivement) par rapport à nos LFT améliorées précédemment développées (91,66% et 98,57% respectivement). De plus, la sensibilité des cas avec Ct ≤ 30, Ct ≤ 35 et Ct ≤ 40 utilisant la bande BS modifiée a montré des valeurs plus élevées (98,54%, 95,38% et 88,89% respectivement), par rapport aux résultats correspondants de nos LFT améliorées précédemment développées (95,86%, 92,31% et 82,22% respectivement). Il n'y a eu aucune réaction croisée avec les antigènes MERS-CoV ou SARS-CoV du virus corona du syndrome respiratoire du Moyen-Orient. De plus, nous avons constaté que la limite inférieure de détection virale (LVD) de la bandelette BS était évidemment inférieure à notre limite LVD précédente des LFT améliorées (0,2 × 104 copies/ml contre 0,4 × 104 copies/ml, respectivement). Notre bandelette BS développée a montré que les échantillons de salive donnaient de meilleurs résultats que les prélèvements nasopharyngés des mêmes patients. Le fait d'utiliser de plus petites quantités de Nbs et d'ACE2, ainsi que la distribution de tampon conjugué lors de l'application de modifications de bande BS, justifiait la réduction attendue des coûts de la bande. La mise en place de bandelettes de BS sur des échantillons de salive de 45 collègues de santé, qui ont été testés 4 et 6 jours après l'exposition à l'infection, a montré une augmentation de la sensibilité, à partir du 4ème jour et atteignant son niveau le plus élevé le 6ème jour dans les groupes à haut risque et paramédicaux (90,9% et 80,0%, respectivement). Cette étude fournit des preuves que l'utilisation du système BS modifié pourrait augmenter la sensibilité des bandelettes, réduire leur coût et en faire un outil de dépistage efficace pour la détection précoce du virus dans la salive des patients suspects de Covid-19.

Translated Description (Spanish)

En comparación con otras enfermedades infecciosas, para las cuales el desarrollo de la LFT puede llevar años, LAS LFT del antígeno SARS-CoV-2 se desarrollaron y desplegaron en cuestión de meses. LAS LFT para la detección de antígenos se adoptaron a una escala sin precedentes durante la pandemia de COVID-19, pero muchas de ellas carecen de sensibilidad, especialmente para muestras con baja carga viral. En nuestro trabajo anterior, desarrollamos una tira de señal mejorada para la detección de antígenos SI del SARS CoV-2 en la saliva. Aquí introducimos algunas modificaciones para mejorar la sensibilidad y la especificidad, y para reducir el coste de la tira, mediante el uso del sistema de biotina estreptavidina (BS). En la tira BS modificada, la estreptavidina de oro y los Nanobodies biotinilados (Nbs) contra el antígeno S1 se mezclaron externamente con las muestras analizadas (saliva o hisopo nasofaríngeo) antes de su aplicación en la almohadilla de muestra de la tira reactiva que contiene la enzima convertidora de angiotensina (ACE-2), como sonda de captura. El estudio incluyó 320 individuos, con 180 confirmados positivamente por RT-PCR y 140 confirmados negativos, así como 45 trabajadores de la salud, que fueron responsables del cribado y manejo de casos quirúrgicos en el Departamento de Cirugía General y la clínica COVID de TBRI. Nuestros resultados demostraron que la tira BS modificada mejoró la sensibilidad general y la especificidad de la detección de antígeno S1 en muestras de saliva (95.21% y 99.29% respectivamente) en comparación con nuestras LFT mejoradas desarrolladas previamente (91.66% y 98.57% respectivamente). Además, la sensibilidad de los casos con Ct ≤ 30, Ct ≤ 35 y Ct ≤ 40 utilizando la tira BS modificada mostró valores más altos (98.54%, 95.38% y 88.89% respectivamente), en comparación con los resultados correspondientes de nuestras LFT mejoradas desarrolladas previamente (95.86%, 92.31% y 82.22% respectivamente). No hubo reacciones cruzadas con los antígenos del coronavirus del síndrome respiratorio de Oriente Medio MERS-CoV o SARS-CoV. Además, descubrimos que el límite inferior de detección viral (LVD) de la tira BS era obviamente más bajo que nuestro límite LVD anterior de las LFT mejoradas (0.2 × 104 copias/ml frente a 0.4 × 104 copias/ml, respectivamente). Nuestra tira BS desarrollada mostró que las muestras de saliva dieron mejores resultados que los hisopos nasofaríngeos de los mismos pacientes. El hecho de utilizar cantidades más pequeñas de NBS y ACE2, así como la dispensación de la almohadilla conjugada al aplicar modificaciones de la tira BS, justificó la reducción esperada en los costos de la tira. La implementación de tiras de BS en muestras de saliva de 45 compañeros de trabajo de salud, que fueron evaluados 4 y 6 días después de la exposición a la infección, mostró un aumento en la sensibilidad, a partir del 4º día y alcanzando su nivel más alto el 6º día en ambos grupos de alto riesgo y paramédico (90.9% y 80.0%, respectivamente). Este estudio proporciona evidencia de que el empleo del sistema BS modificado podría aumentar la sensibilidad de las tiras, reducir su costo y convertirlas en una herramienta de detección efectiva para la detección temprana del virus en la saliva de pacientes sospechosos de Covid-19.

Files

s41598-024-57230-8.pdf.pdf

Files (1.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:96dd32b2774c3dee5ed0716927e67a67
1.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
شريط اختبار التدفق الجانبي المعدل القائم على الستريبتافيدين والبيوتين للكشف السريع عن مستضد سارس- كوف-2 S1 في عينات اللعاب
Translated title (French)
Bandelette de test à flux latéral à base de streptavidine-biotine modifiée pour la détection rapide de l'antigène SARS-CoV-2 S1 dans des échantillons de salive
Translated title (Spanish)
Tira reactiva de flujo lateral a base de estreptavidina-biotina modificada para la detección rápida del antígeno S1 del SARS-CoV-2 en muestras de saliva

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4393234775
DOI
10.1038/s41598-024-57230-8

Is supplement to
https://openalex.org/W4293102437 (Other)
https://openalex.org/W4205773778 (Other)
https://openalex.org/W2923238538 (Other)
https://openalex.org/W2155124271 (Other)
https://openalex.org/W2072176055 (Other)
https://openalex.org/W2070869769 (Other)
https://openalex.org/W2067031238 (Other)
https://openalex.org/W2054902093 (Other)
https://openalex.org/W2026593038 (Other)
https://openalex.org/W1985110858 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1584052692
  • https://openalex.org/W2004160151
  • https://openalex.org/W2004680470
  • https://openalex.org/W2037454769
  • https://openalex.org/W2049518174
  • https://openalex.org/W2082241802
  • https://openalex.org/W2116322329
  • https://openalex.org/W2149538041
  • https://openalex.org/W2164777277
  • https://openalex.org/W2293706724
  • https://openalex.org/W2327149835
  • https://openalex.org/W2551065150
  • https://openalex.org/W2947150975
  • https://openalex.org/W2961056992
  • https://openalex.org/W2965528530
  • https://openalex.org/W3012320055
  • https://openalex.org/W3012755456
  • https://openalex.org/W3014901240
  • https://openalex.org/W3032302759
  • https://openalex.org/W3035773929
  • https://openalex.org/W3081491793
  • https://openalex.org/W3093101887
  • https://openalex.org/W3115979137
  • https://openalex.org/W3127553737
  • https://openalex.org/W3132888239
  • https://openalex.org/W3137163680
  • https://openalex.org/W3137516794
  • https://openalex.org/W3153427680
  • https://openalex.org/W4282821487
  • https://openalex.org/W4283745223
  • https://openalex.org/W4284969863
  • https://openalex.org/W4366547915
  • https://openalex.org/W4382777018
  • https://openalex.org/W4388091466