Integrating synthetic biology into wearables could expand opportunities for noninvasive monitoring of physiological status, disease states and exposure to pathogens or toxins. However, the operation of synthetic circuits generally requires the presence of living, engineered bacteria, which has limited their application in wearables. Here we report lightweight, flexible substrates and textiles functionalized with freeze-dried, cell-free synthetic circuits, including CRISPR-based tools, that detect metabolites, chemicals and pathogen nucleic acid signatures. The wearable devices are activated upon rehydration from aqueous exposure events and report the presence of specific molecular targets by colorimetric changes or via an optical fiber network that detects fluorescent and luminescent outputs. The detection limits for nucleic acids rival current laboratory methods such as quantitative PCR. We demonstrate the development of a face mask with a lyophilized CRISPR sensor for wearable, noninvasive detection of SARS-CoV-2 at room temperature within 90 min, requiring no user intervention other than the press of a button.

An integrated, low-cost, sample-to-answer, CRISPR-based diagnostic detects SARS-CoV-2 and variants from unprocessed saliva.

Background: Metagenomic next-generation sequencing (mNGS) of plasma cell-free DNA (cfDNA) is commercially available, but its role in the workup of infectious diseases is unclear. Methods: To understand the clinical utility of plasma mNGS, we retrospectively reviewed patients tested at a pediatric institution over 2 years to evaluate the clinical relevance of the organism(s) identified and impact on antimicrobial management. We also investigated the effect of pre-test antimicrobials and interpretation of molecules of microbial cfDNA per microliter (MPM) plasma. Results: 29/59 (49%) mNGS tests detected organism(s), and 28/51 (55%) organisms detected were clinically relevant. Median MPM of clinically relevant organisms was 1533 versus 221 for irrelevant organisms (p=0.01). mNGS test sensitivity and specificity were 53% and 79%, respectively, with a positive predictive value (PPV) of 72% and negative predictive value (NPV) of 50%. 14% of tests impacted clinical management by changing antimicrobial therapy. Immunocompromised status was the only patient characteristic that trended towards a significant clinical impact (p=0.056).No patients with culture-negative endocarditis had organisms identified by mNGS. There were no significant differences in antimicrobial pre-test duration between tests with clinically relevant organism(s) versus those that returned negative, nor was the MPM different between pre-treated and un-treated organisms, suggesting that10 days of antimicrobial therapy as observed in this cohort did not sterilize testing; however, no pre-treated organisms identified resulted in a new diagnosis impacting clinical management. Conclusions: Plasma mNGS demonstrated higher utility for immunocompromised patients, but given the low PPV and NPV, cautious interpretation and Infectious Diseases consultation are prudent.

Resolving the COVID-19 pandemic requires diagnostic testing to determine which individuals are infected and which are not. The current gold standard is to perform RT-PCR on nasopharyngeal samples. Best-in-class assays demonstrate a limit of detection (LoD) of ~100 copies of viral RNA per milliliter of transport media. However, LoDs of currently approved assays vary over 10,000-fold. Assays with higher LoDs will miss more infected patients, resulting in more false negatives. However, the false-negative rate for a given LoD remains unknown. Here we address this question using over 27,500 test results for patients from across our healthcare network tested using the Abbott RealTime SARS-CoV-2 EUA. These results suggest that each 10-fold increase in LoD is expected to increase the false negative rate by 13%, missing an additional one in eight infected patients. The highest LoDs on the market will miss a majority of infected patients, with false negative rates as high as 70%. These results suggest that choice of assay has meaningful clinical and epidemiological consequences. The limit of detection matters.