Paper works: Paper-based indirect ELISA (see picture) has been demonstrated through the detection of rabbit IgG and the HIV-1 envelope antigen gp41. This technique combines the sensitivity and specificity of ELISA with the low cost and ease-of-use of paper-based platforms. Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

This paper describes three-dimensional microfluidic paper-based analytical devices (3-D microPADs) that can be programmed (postfabrication) by the user to generate multiple patterns of flow through them. These devices are programmed by pressing single-use 'on' buttons, using a stylus or a ballpoint pen. Pressing a button closes a small space (gap) between two vertically aligned microfluidic channels, and allows fluids to wick from one channel to the other. These devices are simple to fabricate, and are made entirely out of paper and double-sided adhesive tape. Programmable devices expand the capabilities of microPADs and provide a simple method for controlling the movement of fluids in paper-based channels. They are the conceptual equivalent of field-programmable gate arrays (FPGAs) widely used in electronics.

Abstract The emerging SARS-CoV-2 variants of concern (VOC) harbor mutations associated with increasing transmission and immune escape, hence undermine the effectiveness of current COVID-19 vaccines. In late November of 2021, the Omicron (B.1.1.529) variant was identified in South Africa and rapidly spread across the globe. It was shown to exhibit significant resistance to neutralization by serum not only from convalescent patients, but also from individuals receiving currently used COVID-19 vaccines with multiple booster shots. Therefore, there is an urgent need to develop next generation vaccines against VOCs like Omicron. In this study, we develop a panel of mRNA-LNP-based vaccines using the receptor binding domain (RBD) of Omicron and Delta variants, which are dominant in the current wave of COVID-19. In addition to the Omicron- and Delta-specific vaccines, the panel also includes a “Hybrid” vaccine that uses the RBD containing all 16 point-mutations shown in Omicron and Delta RBD, as well as a bivalent vaccine composed of both Omicron and Delta RBD-LNP in half dose. Interestingly, both Omicron-specific and Hybrid RBD-LNP elicited extremely high titer of neutralizing antibody against Omicron itself, but few to none neutralizing antibody against other SARS-CoV-2 variants. The bivalent RBD-LNP, on the other hand, generated antibody with broadly neutralizing activity against the wild-type virus and all variants. Surprisingly, similar cross-protection was also shown by the Delta-specific RBD-LNP. Taken together, our data demonstrated that Omicron-specific mRNA vaccine can induce potent neutralizing antibody response against Omicron, but the inclusion of epitopes from other variants may be required for eliciting cross-protection. This study would lay a foundation for rational development of the next generation vaccines against SARS-CoV-2 VOCs.

ABSTRACT Throughout the COVID-19 pandemic, many prophylactic and therapeutic drugs have been evaluated and introduced. Among these treatments, monoclonal antibodies (mAbs) that bind to and neutralize SARS-CoV-2 virus have been applied as complementary and alternative treatments to vaccines. Although different methodologies have been utilized to produce mAbs, traditional hybridoma fusion technology is still commonly used for this purpose due to its unmatched performance record. In this study, we coupled the hybridoma fusion strategy with mRNA-lipid nanoparticle (LNP) immunization. This time-saving approach can circumvent biological and technical hurdles, such as difficult to express membrane proteins, antigen instability, and the lack of posttranslational modifications on recombinant antigens. We used mRNA-LNP immunization and hybridoma fusion technology to generate mAbs against the receptor binding domain (RBD) of SARS-CoV-2 spike (S) protein. Compared with traditional protein-based immunization approaches, inoculation of mice with RBD mRNA-LNP induced higher titers of serum antibodies. In addition, the mAbs we obtained can bind to SARS-CoV-2 RBDs from several variants. Notably, RBD-mAb-3 displayed particularly high binding affinities and neutralizing potencies against both Alpha and Delta variants. In addition to introducing specific mAbs against SARS-CoV-2, our data generally demonstrate that mRNA-LNP immunization may be useful to quickly generate highly functional mAbs against emerging infectious diseases.

Abstract Significant health risks are posed by meningitis due to its rapid progression, and challenges are encountered in intravenous antibiotic administration, especially in crossing the blood‐brain barrier. To address this, an inflammation‐activated, endogenous macrophage (MΦ)‐mediated oral prodrug delivery system is developed for targeted therapeutic interventions in bacterial meningitis treatment. This system is guided by inflammation‐derived chemoattractants and triggers drug release through inflammation‐induced reactive oxygen species (ROS). Comprised of naturally derived β‐glucans conjugated with the antibiotic cefotaxime (CTX) using a ROS‐responsive linker, nanoparticles (βGlus–CTX NPs) are formed in aqueous solutions. In a mouse model of Klebsiella pneumoniae ‐induced meningitis, orally administered βGlus–CTX NPs are traversed by intestinal microfold cells, surpassing the intestine‐epithelial barrier, and are absorbed by resident endogenous MΦ. These MΦ‐mediated drug delivery vehicles are then traveled through the lymphatic and circulatory systems, crossing the compromised blood‐brain barrier, ultimately reaching inflamed brain tissues, guided by their derived chemoattractants. In ROS‐rich inflamed tissue environments, the linkers in the βGlus–CTX NPs are cleaved, releasing therapeutic CTX for localized treatment. Targeted antibiotic treatment for bacterial meningitis is offered by this oral, endogenous MΦ‐mediated prodrug delivery system, overcoming the robust gut‐to‐brain biological barriers and potentially enhancing effectiveness for comfortable home‐based treatment.

Background This study evaluates tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) and interferon-γ-induced protein-10 (IP-10) in pregnant women with COVID-19 and their newborns, exploring the effects of antiviral treatments and vaccine-induced neutralizing antibody (Nab) inhibition on these key viral infection biomarkers. Methods We studied 61 pregnant women with past COVID-19 and either three (n=56) or four (n=5) doses of vaccination, and 46 without COVID-19 but vaccinated. We analyzed them and their newborns’ blood for TRAIL, IP-10, and Nab levels using enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA), correlating these with other clinical factors. Results Our study found lower TRAIL but higher IP-10 levels in maternal blood than neonatal cord blood, irrespective of past COVID-19 diagnosis. Cases diagnosed with COVID-19 < 4 weeks previously had higher maternal blood TRAIL levels (16.49 vs. 40.81 pg/mL, p=0.0064) and IP-10 (154.68 vs. 225.81 pg/mL, p=0.0170) than those never diagnosed. Antiviral medication lowered TRAIL and IP-10 in maternal blood without affecting Nab inhibition (TRAIL: 19.24 vs. 54.53 pg/mL, p=0.028; IP-10: 158.36 vs. 255.47 pg/mL, p=0.0089). TRAIL and IP-10 levels were similar with three or four vaccine doses, but four doses increased Nab inhibition (p=0.0363). Previously COVID-19 exposed pregnant women had higher Nab inhibition (p < 0.0001). No obvious correlation was found among TRAIL, IP-10, and Nab inhibition level. Conclusions Our study suggests that lower maternal TRAIL and higher IP-10 levels compared to neonatal cord blood coupled with a rise in both markers following COVID-19 diagnosis that could be reduced by antivirals indicates a correlation to infection severity. Higher vaccine doses enhance Nab inhibition, irrespective of antiviral medication use and independent of TRAIL or IP-10 levels, highlighting the significance and safety of adequate vaccination and antiviral use post-diagnosis in pregnant women.

In this study, we developed a novel electrochemical biosensor for detecting IL-6 that uses a nano-electrode array (NEA) fabricated via standard CMOS processing. Miniaturizing the electrodes to the nanoscale and arranging them in an array to form an NEA facilitated the creation of a higher electric field magnitude, compared to that available via the use of microelectrodes, that could be used to improve biosensor sensitivity. Additionally, the array configuration of the NEA aided in providing sufficient reaction sites. Each nano-electrode in the NEA was cylindrically shaped, with a radius of 0.1 µm, and a top layer formed by TiN physical vapor deposition, and each biosensor was divided into four independent banks, with each bank including a set of WE, CE and RE. These banks were capable of independently inputting and outputting electrical signals. This design allowed the NEA biosensor to undergo selective modification by CV input. In this study, we discuss and address material and contamination issues associated with CMOS-produced NEAs and their uses as biosensors. To ameliorate these issues, we stored materials and products in a nitrogen-controlled cabinet and conducted pretreatment cleaning on the electrodes. Both steps had a noticeable impact on the cleanliness of the electrode surfaces. These optimized conditions resulted in a remarkable 96.6% reduction in Rct. The NEA surface was functionalized by electrochemically grafting diazonium salts subsequently immobilized with anti-IL-6 antibodies via EDC/NHS chemistry. The resulting NEA biosensor demonstrated sufficient sensitivity to rapidly distinguish inflammatory conditions and disease severity. This showcases the potential for using NEA devices mass-produced via standard CMOS processing as electrodes for biosensors.

Abstract Identification of an early biomarker and effective testing device to differentiate dry eye disease secondary to autoimmune disease (Sjögren’s syndrome dry eye disease) from non-Sjögren’s dry eye disease are prerequisites for appropriate treatment. We aimed to demonstrate the capacity of a new photo-detection device to evaluate tear lactoferrin levels as a tool for differentiating systemic conditions associated with dry eye disease. Patients with non-Sjögren’s and Sjögren’s syndrome dry eye disease (n = 54 and n = 52, respectively) and controls (n = 11) were enrolled. All participants completed the Ocular Surface Disease Index questionnaire. Tear collection was performed with Schirmer test, and tear break-up time was examined using a slit lamp. Tear lactoferrin was evaluated using our newly developed photo-detection device. The average lactoferrin concentration was significantly lower in samples from patients with non-Sjögren’s dry eye disease (0.337 ± 0.227 mg/mL, n = 54) and Sjögren’s syndrome dry eye disease (0.087 ± 0.010 mg/mL, n = 52) than in control samples (1.272 ± 0.54 mg/mL, n = 11) (p < 0.0001). Further, lactoferrin levels were lower in patients with Sjögren’s syndrome dry eye disease than in those with non-Sjögren’s dry eye disease (p < 0.001). Our cost-effective, antibody-free, highly sensitive photo-detection device for evaluating tear lactoferrin levels can assist ophthalmologists in differentiating different types of dry eye diseases.