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Point of care test for TB based on imm nodominant peptides of M  tb cell all proteinsPoint‐of‐care test for TB based on immunodominant peptides of M. tb cell‐wall proteinsPoint of care test for TB based on immunodominant peptides of M. tb cell wall proteins
Jesus M  Gonzalez2  Sherri T  Burda3  Bryan Francis  R  Sam Niedbala1,2  Suman Laal1, 3, 4Jesus M. Gonzalez2, Sherri T. Burda3, Bryan Francis, R. Sam Niedbala1,2, Suman Laal1, 3, 4
1TB Biosciences, 205 Webster Street, Bethlehem, PA, 2Lehigh University, Department of Chemistry, Bethlehem, PA, TB Biosciences, 205 Webster Street, Bethlehem, PA,  Lehigh University, Department of Chemistry, Bethlehem, PA, 
3V  Aff i  M di l C  N  Y k H b  H l h C  S  N  Y k  NY  3Veterans Affairs Medical Center, New York Harbor Health Care System, New York, NY, , y , , ,
4New York University Langone Medical Center  Departments of Pathology and Microbiology  New York  NY4New York University Langone Medical Center, Departments of Pathology and Microbiology, New York, NYy g p gy gy
b1. Abstract 2  Background1. Abstract 2. Backgroundg
( )The need for an accurate  rapid  simple and affordable point‐of‐care (POC) test for The need for an accurate, rapid, simple and affordable point of care (POC) test for 
Tuberculosis (TB) that can be implemented in peripheral health‐care settings Tuberculosis (TB) that can be implemented in peripheral health care settings 
remains unmet  The WHO has recommended that the current commercial rapid remains unmet. The WHO has recommended that the current commercial rapid 
diagnostic TB tests not be used since they fail to achieve adequate sensitivity diagnostic TB tests not be used since they fail to achieve adequate sensitivity 
and/or specificity  We have earlier reported the identification of highly and/or specificity. We have earlier reported the identification of highly g
immunogenic cell wall proteins of M  tuberculosis (M tb; PTRP  LipC  PPE55)  immunogenic cell–wall proteins of M. tuberculosis (M.tb; PTRP, LipC, PPE55). g p ( p )
Epitope mapping of these proteins delineated their immunodominant regions  Epitope mapping of these proteins delineated their immunodominant regions. p p pp g p g
Antibodies raised against these epitopes seem to be associated to active TB and Antibodies raised against these epitopes seem to be associated to active TB and g p p
t t  l t t TB   BCG  i ti  Th   tid   l   id  high  ifi it  i  not to latent TB or BCG vaccination. These peptides also provide high specificity in p p p g p y
h h ld  t t   f i f ti  TB  ti t   d i   ti t   ith  t b l i  household contacts of infectious TB patients and in patients with non‐tuberculosis p p
l  di  W  h    d l d    t t   id l t l fl  t t b d lung diseases. We have now developed a prototype rapid lateral‐flow test based lung diseases. We have now developed a prototype rapid lateral flow test based 
  i   f  h   id  Th   id     j d      i   i   i  on nine of these peptides. The peptides were conjugated to a carrier protein using on nine of these peptides. The peptides were conjugated to a carrier protein using 
d d / l h f ll d b l fstandard EDC/NHS coupling chemistry followed by size exclusion purification. standard EDC/NHS coupling chemistry followed by size exclusion purification. 
Peptide conjugation was confirmed using MALDI‐MS after which the proteins Peptide conjugation was confirmed using MALDI MS after which the proteins 
were adsorbed onto colloidal gold and also striped onto nitrocellulose  The assay were adsorbed onto colloidal gold and also striped onto nitrocellulose. The assay 
parameters were adjusted to determine positive/negative status within 15 minutes parameters were adjusted to determine positive/negative status within 15 minutes 
The Tuberculosis infection can be described in terms of stages:via visual or instrumented assessment  The prototype lateral flow assay was  The Tuberculosis infection can be described in terms of stages:via visual or instrumented assessment. The prototype lateral flow assay was  g
St g  1  l t t TB     li i l  t     t  th  i f ti  i   d t t bl  tested with sera samples from 124 smear positive TB patients and 47 healthy PPD+  Stage 1: latent TB, no clinical symptoms are present, the infection is undetectable tested with sera samples from 124 smear‐positive TB patients and 47 healthy PPD+  g , y p p ,
t thi   i tor PPD subjects from India  a TB endemic country  to confirm continued  at this point.or PPD‐ subjects from India, a TB‐endemic country, to confirm continued  p
St    E  th h th  b t i l b d  h  i d   lt   f  l   i ld discrimination between TB patients and non TB controls  The individual sensitivity  Stage 2: Even though the bacterial burden has increased, culture of samples yield discrimination between TB patients and non‐TB controls. The individual sensitivity  Stage 2: Even though the bacterial burden has increased, culture of samples yield 
i   l
p y
achieved with each peptide ranged from 27% to 86%  A combinatorial analysis of  negative results.achieved with each peptide ranged from 27% to 86%. A combinatorial analysis of  negative results.
h h f b d d b l l b
p p g 7 y
the res lts  as performed and a sensiti it  of 98%  as obtained  ith onl  three of  Stage 3: At this point the infection can be detected by culture samples or by the results was performed and a sensitivity of 98% was obtained with only three of  Stage 3: At this point the infection can be detected by culture samples or by p y 9 y
th   tid   d  Th  i iti l  lt  d t t  th  f ibilit   f d i i g    sophisticated techniques such as Nucleic acid amplification teststhe peptides used. These initial results demonstrate the feasibility of devising a  sophisticated techniques such as Nucleic acid amplification tests.p p y g
id POC TB t t th t i  b d    f ll   l t d i d i t tid   Stage 4: Smear examination detect 50% of the cases at this stage  chest X‐rays rapid POC TB test that is based on carefully selected immunodominant peptides  Stage 4: Smear examination detect 50% of the cases at this stage, chest X rays p O o y o o p p
f M   b ll ll  i   can result in positive identification as wellof M. tb cell‐wall proteins.  can result in positive identification as well.of M. tb cell wall proteins. 
4  Rapid test goals3  Diagnosis in developing countries 4. Rapid test goals3. Diagnosis in developing countries 4 p gg g
Rapid diagnosis of TB is essential to reducing transmission and mortality in Rapid diagnosis of TB is essential to reducing transmission and mortality in  Devise a simple, accurate and affordable TB test p g g y
de eloping co ntries   here 90% of the estimated nine million cases of TB occ r   
Devise a simple, accurate and affordable TB test 
developing countries, where 90% of the estimated nine million cases of TB occur.   that meets the WHO specifications for a test that p g , 9
I  th  l ti   li i l  i i   i i   i ti   f    d  
that meets the WHO specifications for a test that 
In these locations clinical suspicion, microscopic examination of smears made  can replace sputum smear microscopy  p , p
di tl  f  th   t   l  f   id f t b illi (AFB)   d  i ll  
can replace sputum smear microscopy. 
directly from the sputum samples for acid fast bacilli (AFB), and occasionally y p p ( ), y
h t X   i  th   t  id l   d di ti  t l   S   i  chest X‐rays, remain the most widely used diagnostic tools.  Smear microscopy, chest X rays, remain the most widely used diagnostic tools.  Smear microscopy, 
h h f i i ( i i h lf f ) di ithough fast, is too inaccurate (missing over half of cases), tedious, time though fast, is too inaccurate (missing over half of cases), tedious, time 
d f l l hconsuming and requires examination of multiple specimens . In settings with consuming and requires examination of multiple specimens . In settings with 
ample resources  TB diagnosis has been based on smears made from ample resources, TB diagnosis has been based on smears made from  Microscopic examination of smear 
decontaminated and concentrated specimens  culture of bacteria and nucleic 
p
made directly from sputum of patient decontaminated and concentrated specimens, culture of bacteria and nucleic  made directly from sputum of patient 
f f bacid‐amplification tests (NAAT) for almost two decades  While these technologies  for presence of bacteria. acid‐amplification tests (NAAT) for almost two decades. While these technologies  p
are far more sensitive than the direct sputum smear used routinely in TB‐endemic are far more sensitive than the direct sputum smear used routinely in TB‐endemic 
settings  the required laboratory infrastructure  trained personnel and high settings, the required laboratory infrastructure, trained personnel and high 
patient burden makes their implementation unrealistic in resource limited patient‐burden makes their implementation unrealistic in resource‐limited p p
environments   Additionally  mycobacterial culture  which is the gold  standard environments.  Additionally, mycobacterial culture, which is the gold  standard y, y , g
for TB diagnosis  is  slow  taking from two to eight weeks to produce a definitive for TB diagnosis, is  slow, taking from two to eight weeks to produce a definitive g , , g g p
lt  Th   i  i   t  t   d  id  gh f    di g i  results. Thus, microscopy is not accurate and rapid enough for proper diagnosis , py p g p p g
f TB        i   l  li i   ith HIV  d i   hild   d  th  of TB, even more so in people living with HIV and in children, and other   Desired Performance, p p g ,
t h i   h    b t i l  lt   d NAAT    ith  t   l   i  
Desired Performance
techniques such as mycobacterial culture and NAAT are either too slow, require  >  95% sensitivity in smear positive TB patientstechniques such as mycobacterial culture and NAAT are either too slow, require 
hi i d i f    b h
>  95% sensitivity in smear positive TB patients
sophisticated infrastructure or both >  60% sensitivity in smear negative TB patientssophisticated infrastructure or both
l fi k b i h d i f i
>  60% sensitivity in smear negative TB patients
Currently, five key barriers to the detection of TB exist: >  98% specificity (individuals with LTBI  Non TB Currently, five key barriers to the detection of TB exist: >  98% specificity (individuals with LTBI, Non TB 
1. The difficulty of distinguishing between latent TB infection and active TB  Mycobacterial diseases  other lung diseases OLD)1. The difficulty of distinguishing between latent TB infection and active TB  Mycobacterial diseases, other lung diseases OLD)
disease by other immunological tests
y g )
disease by other immunological tests
2 The lack of validated  accessible  and rapidly testable biomarkers  Minimum Performance2. The lack of validated, accessible, and rapidly testable biomarkers  Minimum Performance
3 Long delays in accurate diagnosis before patients can get treatment   90%  iti it  i     iti  TB  ti t3. Long delays in accurate diagnosis before patients can get treatment Chest X‐ray: radiological >  90% sensitivity in smear positive TB patients
4 Lack of an accurate  lab free point of care (POC) test
Chest X ray: radiological
i ti   f l
9 y p p
   %  ifi it  (i di id l   ith LTBI  NTM  OLD)4. Lack of an accurate, lab‐free point‐of‐care (POC) test examination of lungs. >  95% specificity (individuals with LTBI, NTM, OLD)
5 The unavailability of facilities that can test for drug resistance
g 95 p y ( , , )
5. The unavailability of facilities that can test for drug resistance.g
5  R lt5. Results
6  C bi i l  l i
5 esu ts
6. Combinatorial analysis
Nine peptides were evaluated in prototype devices with 124 positive samples and 47 negative 
6. Combinatorial analysis
Nine peptides were evaluated in prototype devices with 124 positive samples and 47 negative g
samples  The lines intensities were obtained using a commercially available reading device   A combinatorial algorithm was created and used to samples. The lines intensities were obtained using a commercially available reading device.  A combinatorial algorithm was created and used to p g y g
These intensities were used to determine the status of the samples evaluated  A picture of the  analyze all possible combinations of the nine These intensities were used to determine the status of the samples evaluated. A picture of the  analyze all possible combinations of the nine p p
device is shown on the right  The resulting intensities are shown below peptides studied  The combined results of three device is shown on the right. The resulting intensities are shown below. peptides studied. The combined results of three g g p p
peptides (peptides 1 3 and 7) identified 120 of the peptides (peptides 1,3 and 7) identified 120 of the 
S i  T E t d  # S l
p p (p p ,3 7)
124 samples tested (96 8% sensitivity)  And only Specimen Type Expected  # Samples 25 124 samples tested (96.8% sensitivity). And only Specimen Type Expected 
l
# Samples 4 p (9 y) y
f   tid  ( tid  1  3  6  d 7)    i d Result four peptides (peptides 1, 3, 6 and 7) are required Result
I di  TB P ti t P iti 20 P i i   l
p p (p p , 3, 7) q
t  id tif     f th     l  ( % Indian TB Patient Positive 100 20 Positive sample to identify 123 of the 124 samples (99.2% 
South African TB Patient Positive 10
ff
Negative sample
y 3 4 p (99
iti it )  South African TB Patient Positive 10
15
toff
g p
sensitivity). 
HIV Positive/TB Positive Positive 14 15
Cut
sensitivity). 
A   h  i   h  fi  b l   l  id  
HIV Positive/TB Positive Positive 14
P ifi d P t i  D i ti  P iti   N g ti
al/C
As shown in the figure below, several peptide Purified Protein Derivative Positive  Negative 29
gna
As shown in the figure below, several peptide 
b h d(PPD +) 10
Sig
combinations meet the required sensitivity (PPD +)
S
combinations meet the required sensitivity 
Purified Protein Derivative  Negative 3 performance
Negative  (PPD  )
g 3
5
performance.
Negative  (PPD ‐) 5
Purified protein derivative  Negative 5Purified protein derivative 
d t i d (PPD ?)
Negative 5
0
Cutoff 100undetermined (PPD ?) 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9
0 100( )
Negative controls Negative 10
1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9
P tidNegative controls Negative 10 Peptide
90
Total Negatives 47
90
Total	Negatives 47
l 12
Line intensity of the samples tested. The data is presented as signal/cutoff ratios 
Total	Positives 124
y p p g /
(S/C)  Positive samples with S/C larger than one are considered true positives   8(S/C). Positive samples with S/C larger than one are considered true positives, 
ti   l   ith S/C  ll  th       id d t   ti
80
Description of samples tested with prototype rapid tests negative samples with S/C smaller than one are considered true negatives.Description of samples tested with prototype rapid tests
70
100 100%
70
100 100%
90 90% 60
)
90
)
90% 60
 (%)
80
 (%)
80%
y (
80
y (
80%
)
vity
70
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%
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50
tiv
7
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y (
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60
cif
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60%
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40
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vit
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30
30
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l s
30
30
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40%
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20
en
%
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20
Se
30%
Ove
20
10
O
20%
0 10
10%
10
10%
0% 00% 0
Indian TB HIV +/TB+ South African All positives Peptide 1‐ Peptide 1‐ Peptide 1‐ Peptide 1‐ Peptide 1‐
S iti it S ifi it (100/100)
/
(14/14) TB (9/10)
p
(123/124)
Peptide 1
Peptide 3
Peptide 1
Peptide 4
Peptide 1
Peptide 4
Peptide 1
Peptide 4
Peptide 1
Peptide 3Sensitivity Specificity (100/100) (14/14) TB (9/10) (123/124) Peptide 3‐ Peptide 4‐ Peptide 4‐ Peptide 4‐ Peptide 3‐
Peptide 6‐ Peptide 6‐ Peptide 7‐ Peptide 7 Peptide 7
Individual sensitivities and specifities for each individual peptide tested  The  Calculated sensitivities using all peptides and discriminated by population  The 
Peptide 6
Peptide 7
Peptide 6
Peptide 7
Peptide 7
Peptide 9
Peptide 7 Peptide 7
Individual sensitivities and specifities for each individual peptide tested. The 
sensitivities ranged from 27% with peptide 2 to 86% with peptide 7
Calculated sensitivities using all peptides and discriminated by population. The 
overall sensitivity is 99%  When the results from all peptides are combined only one 
Peptide 7 Peptide 7 Peptide 9
sensitivities ranged from 27% with peptide 2 to 86% with peptide 7. overall sensitivity is 99%. When the results from all peptides are combined only one 
South African samples failed to be correctly identified as a true positive.p y p
7  Conclusions 8  Future work7. Conclusions 8. Future work
• Peptides from immunogenic cell wall proteins can be used in rapid tests to identify  • Create several peptide cocktails using the combinations identified • Peptides from immunogenic cell‐wall proteins can be used in rapid tests to identify  • Create several peptide cocktails using the combinations identified p g p p y
ti  TB i f ti
p p g
d   th  t  t t TB  l  Thi       l    b  active TB infections. and use them to test TB samples. This way, more samples can be 
Th   f   f th   tid     id l   d it   t  l ti  i   iti l t  
p y, p
id tifi d  i   l    d i• The performance of the peptides vary widely and its correct selection is critical to  identified using only one device.p p p y y
bt i i  th  d i d  f
g y
T t  dditi l  ti   l  f   th  hi h  i k  l ti  obtaining the desired performance. • Test additional negative samples from other high risk populations, obtaining the desired performance.
C bi i   h   l   f diff   id  l d    h    id ifi i   f 
Test additional negative samples from other high risk populations, 
i l di   b l i  l  di  H h ld  d  h  • Combining the results of different peptides lead to the correct identification of  including non‐tuberculosis lung disease, Household and other Combining the results of different peptides lead to the correct identification of 
l h h h ld b d f d h d d l d
including non tuberculosis lung disease, Household and other 
ll i i / i hsamples which otherwise could not be identified with individual peptides. contacts as well as HIV positive/TB negative among others.samples which otherwise could not be identified with individual peptides. contacts as well as HIV positive/TB negative among others.

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Point-of-care test for TB based on immunodominant peptides of M. tb cell-wall proteins

  • 1. Point of care test for TB based on imm nodominant peptides of M  tb cell all proteinsPoint‐of‐care test for TB based on immunodominant peptides of M. tb cell‐wall proteinsPoint of care test for TB based on immunodominant peptides of M. tb cell wall proteins Jesus M  Gonzalez2  Sherri T  Burda3  Bryan Francis  R  Sam Niedbala1,2  Suman Laal1, 3, 4Jesus M. Gonzalez2, Sherri T. Burda3, Bryan Francis, R. Sam Niedbala1,2, Suman Laal1, 3, 4 1TB Biosciences, 205 Webster Street, Bethlehem, PA, 2Lehigh University, Department of Chemistry, Bethlehem, PA, TB Biosciences, 205 Webster Street, Bethlehem, PA,  Lehigh University, Department of Chemistry, Bethlehem, PA,  3V  Aff i  M di l C  N  Y k H b  H l h C  S  N  Y k  NY  3Veterans Affairs Medical Center, New York Harbor Health Care System, New York, NY, , y , , , 4New York University Langone Medical Center  Departments of Pathology and Microbiology  New York  NY4New York University Langone Medical Center, Departments of Pathology and Microbiology, New York, NYy g p gy gy b1. Abstract 2  Background1. Abstract 2. Backgroundg ( )The need for an accurate  rapid  simple and affordable point‐of‐care (POC) test for The need for an accurate, rapid, simple and affordable point of care (POC) test for  Tuberculosis (TB) that can be implemented in peripheral health‐care settings Tuberculosis (TB) that can be implemented in peripheral health care settings  remains unmet  The WHO has recommended that the current commercial rapid remains unmet. The WHO has recommended that the current commercial rapid  diagnostic TB tests not be used since they fail to achieve adequate sensitivity diagnostic TB tests not be used since they fail to achieve adequate sensitivity  and/or specificity  We have earlier reported the identification of highly and/or specificity. We have earlier reported the identification of highly g immunogenic cell wall proteins of M  tuberculosis (M tb; PTRP  LipC  PPE55)  immunogenic cell–wall proteins of M. tuberculosis (M.tb; PTRP, LipC, PPE55). g p ( p ) Epitope mapping of these proteins delineated their immunodominant regions  Epitope mapping of these proteins delineated their immunodominant regions. p p pp g p g Antibodies raised against these epitopes seem to be associated to active TB and Antibodies raised against these epitopes seem to be associated to active TB and g p p t t  l t t TB   BCG  i ti  Th   tid   l   id  high  ifi it  i  not to latent TB or BCG vaccination. These peptides also provide high specificity in p p p g p y h h ld  t t   f i f ti  TB  ti t   d i   ti t   ith  t b l i  household contacts of infectious TB patients and in patients with non‐tuberculosis p p l  di  W  h    d l d    t t   id l t l fl  t t b d lung diseases. We have now developed a prototype rapid lateral‐flow test based lung diseases. We have now developed a prototype rapid lateral flow test based    i   f  h   id  Th   id     j d      i   i   i  on nine of these peptides. The peptides were conjugated to a carrier protein using on nine of these peptides. The peptides were conjugated to a carrier protein using  d d / l h f ll d b l fstandard EDC/NHS coupling chemistry followed by size exclusion purification. standard EDC/NHS coupling chemistry followed by size exclusion purification.  Peptide conjugation was confirmed using MALDI‐MS after which the proteins Peptide conjugation was confirmed using MALDI MS after which the proteins  were adsorbed onto colloidal gold and also striped onto nitrocellulose  The assay were adsorbed onto colloidal gold and also striped onto nitrocellulose. The assay  parameters were adjusted to determine positive/negative status within 15 minutes parameters were adjusted to determine positive/negative status within 15 minutes  The Tuberculosis infection can be described in terms of stages:via visual or instrumented assessment  The prototype lateral flow assay was  The Tuberculosis infection can be described in terms of stages:via visual or instrumented assessment. The prototype lateral flow assay was  g St g  1  l t t TB     li i l  t     t  th  i f ti  i   d t t bl  tested with sera samples from 124 smear positive TB patients and 47 healthy PPD+  Stage 1: latent TB, no clinical symptoms are present, the infection is undetectable tested with sera samples from 124 smear‐positive TB patients and 47 healthy PPD+  g , y p p , t thi   i tor PPD subjects from India  a TB endemic country  to confirm continued  at this point.or PPD‐ subjects from India, a TB‐endemic country, to confirm continued  p St    E  th h th  b t i l b d  h  i d   lt   f  l   i ld discrimination between TB patients and non TB controls  The individual sensitivity  Stage 2: Even though the bacterial burden has increased, culture of samples yield discrimination between TB patients and non‐TB controls. The individual sensitivity  Stage 2: Even though the bacterial burden has increased, culture of samples yield  i   l p y achieved with each peptide ranged from 27% to 86%  A combinatorial analysis of  negative results.achieved with each peptide ranged from 27% to 86%. A combinatorial analysis of  negative results. h h f b d d b l l b p p g 7 y the res lts  as performed and a sensiti it  of 98%  as obtained  ith onl  three of  Stage 3: At this point the infection can be detected by culture samples or by the results was performed and a sensitivity of 98% was obtained with only three of  Stage 3: At this point the infection can be detected by culture samples or by p y 9 y th   tid   d  Th  i iti l  lt  d t t  th  f ibilit   f d i i g    sophisticated techniques such as Nucleic acid amplification teststhe peptides used. These initial results demonstrate the feasibility of devising a  sophisticated techniques such as Nucleic acid amplification tests.p p y g id POC TB t t th t i  b d    f ll   l t d i d i t tid   Stage 4: Smear examination detect 50% of the cases at this stage  chest X‐rays rapid POC TB test that is based on carefully selected immunodominant peptides  Stage 4: Smear examination detect 50% of the cases at this stage, chest X rays p O o y o o p p f M   b ll ll  i   can result in positive identification as wellof M. tb cell‐wall proteins.  can result in positive identification as well.of M. tb cell wall proteins.  4  Rapid test goals3  Diagnosis in developing countries 4. Rapid test goals3. Diagnosis in developing countries 4 p gg g Rapid diagnosis of TB is essential to reducing transmission and mortality in Rapid diagnosis of TB is essential to reducing transmission and mortality in  Devise a simple, accurate and affordable TB test p g g y de eloping co ntries   here 90% of the estimated nine million cases of TB occ r    Devise a simple, accurate and affordable TB test  developing countries, where 90% of the estimated nine million cases of TB occur.   that meets the WHO specifications for a test that p g , 9 I  th  l ti   li i l  i i   i i   i ti   f    d   that meets the WHO specifications for a test that  In these locations clinical suspicion, microscopic examination of smears made  can replace sputum smear microscopy  p , p di tl  f  th   t   l  f   id f t b illi (AFB)   d  i ll   can replace sputum smear microscopy.  directly from the sputum samples for acid fast bacilli (AFB), and occasionally y p p ( ), y h t X   i  th   t  id l   d di ti  t l   S   i  chest X‐rays, remain the most widely used diagnostic tools.  Smear microscopy, chest X rays, remain the most widely used diagnostic tools.  Smear microscopy,  h h f i i ( i i h lf f ) di ithough fast, is too inaccurate (missing over half of cases), tedious, time though fast, is too inaccurate (missing over half of cases), tedious, time  d f l l hconsuming and requires examination of multiple specimens . In settings with consuming and requires examination of multiple specimens . In settings with  ample resources  TB diagnosis has been based on smears made from ample resources, TB diagnosis has been based on smears made from  Microscopic examination of smear  decontaminated and concentrated specimens  culture of bacteria and nucleic  p made directly from sputum of patient decontaminated and concentrated specimens, culture of bacteria and nucleic  made directly from sputum of patient  f f bacid‐amplification tests (NAAT) for almost two decades  While these technologies  for presence of bacteria. acid‐amplification tests (NAAT) for almost two decades. While these technologies  p are far more sensitive than the direct sputum smear used routinely in TB‐endemic are far more sensitive than the direct sputum smear used routinely in TB‐endemic  settings  the required laboratory infrastructure  trained personnel and high settings, the required laboratory infrastructure, trained personnel and high  patient burden makes their implementation unrealistic in resource limited patient‐burden makes their implementation unrealistic in resource‐limited p p environments   Additionally  mycobacterial culture  which is the gold  standard environments.  Additionally, mycobacterial culture, which is the gold  standard y, y , g for TB diagnosis  is  slow  taking from two to eight weeks to produce a definitive for TB diagnosis, is  slow, taking from two to eight weeks to produce a definitive g , , g g p lt  Th   i  i   t  t   d  id  gh f    di g i  results. Thus, microscopy is not accurate and rapid enough for proper diagnosis , py p g p p g f TB        i   l  li i   ith HIV  d i   hild   d  th  of TB, even more so in people living with HIV and in children, and other   Desired Performance, p p g , t h i   h    b t i l  lt   d NAAT    ith  t   l   i   Desired Performance techniques such as mycobacterial culture and NAAT are either too slow, require  >  95% sensitivity in smear positive TB patientstechniques such as mycobacterial culture and NAAT are either too slow, require  hi i d i f    b h >  95% sensitivity in smear positive TB patients sophisticated infrastructure or both >  60% sensitivity in smear negative TB patientssophisticated infrastructure or both l fi k b i h d i f i >  60% sensitivity in smear negative TB patients Currently, five key barriers to the detection of TB exist: >  98% specificity (individuals with LTBI  Non TB Currently, five key barriers to the detection of TB exist: >  98% specificity (individuals with LTBI, Non TB  1. The difficulty of distinguishing between latent TB infection and active TB  Mycobacterial diseases  other lung diseases OLD)1. The difficulty of distinguishing between latent TB infection and active TB  Mycobacterial diseases, other lung diseases OLD) disease by other immunological tests y g ) disease by other immunological tests 2 The lack of validated  accessible  and rapidly testable biomarkers  Minimum Performance2. The lack of validated, accessible, and rapidly testable biomarkers  Minimum Performance 3 Long delays in accurate diagnosis before patients can get treatment   90%  iti it  i     iti  TB  ti t3. Long delays in accurate diagnosis before patients can get treatment Chest X‐ray: radiological >  90% sensitivity in smear positive TB patients 4 Lack of an accurate  lab free point of care (POC) test Chest X ray: radiological i ti   f l 9 y p p    %  ifi it  (i di id l   ith LTBI  NTM  OLD)4. Lack of an accurate, lab‐free point‐of‐care (POC) test examination of lungs. >  95% specificity (individuals with LTBI, NTM, OLD) 5 The unavailability of facilities that can test for drug resistance g 95 p y ( , , ) 5. The unavailability of facilities that can test for drug resistance.g 5  R lt5. Results 6  C bi i l  l i 5 esu ts 6. Combinatorial analysis Nine peptides were evaluated in prototype devices with 124 positive samples and 47 negative  6. Combinatorial analysis Nine peptides were evaluated in prototype devices with 124 positive samples and 47 negative g samples  The lines intensities were obtained using a commercially available reading device   A combinatorial algorithm was created and used to samples. The lines intensities were obtained using a commercially available reading device.  A combinatorial algorithm was created and used to p g y g These intensities were used to determine the status of the samples evaluated  A picture of the  analyze all possible combinations of the nine These intensities were used to determine the status of the samples evaluated. A picture of the  analyze all possible combinations of the nine p p device is shown on the right  The resulting intensities are shown below peptides studied  The combined results of three device is shown on the right. The resulting intensities are shown below. peptides studied. The combined results of three g g p p peptides (peptides 1 3 and 7) identified 120 of the peptides (peptides 1,3 and 7) identified 120 of the  S i  T E t d  # S l p p (p p ,3 7) 124 samples tested (96 8% sensitivity)  And only Specimen Type Expected  # Samples 25 124 samples tested (96.8% sensitivity). And only Specimen Type Expected  l # Samples 4 p (9 y) y f   tid  ( tid  1  3  6  d 7)    i d Result four peptides (peptides 1, 3, 6 and 7) are required Result I di  TB P ti t P iti 20 P i i   l p p (p p , 3, 7) q t  id tif     f th     l  ( % Indian TB Patient Positive 100 20 Positive sample to identify 123 of the 124 samples (99.2%  South African TB Patient Positive 10 ff Negative sample y 3 4 p (99 iti it )  South African TB Patient Positive 10 15 toff g p sensitivity).  HIV Positive/TB Positive Positive 14 15 Cut sensitivity).  A   h  i   h  fi  b l   l  id   HIV Positive/TB Positive Positive 14 P ifi d P t i  D i ti  P iti   N g ti al/C As shown in the figure below, several peptide Purified Protein Derivative Positive  Negative 29 gna As shown in the figure below, several peptide  b h d(PPD +) 10 Sig combinations meet the required sensitivity (PPD +) S combinations meet the required sensitivity  Purified Protein Derivative  Negative 3 performance Negative  (PPD  ) g 3 5 performance. Negative  (PPD ‐) 5 Purified protein derivative  Negative 5Purified protein derivative  d t i d (PPD ?) Negative 5 0 Cutoff 100undetermined (PPD ?) 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 0 100( ) Negative controls Negative 10 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 P tidNegative controls Negative 10 Peptide 90 Total Negatives 47 90 Total Negatives 47 l 12 Line intensity of the samples tested. The data is presented as signal/cutoff ratios  Total Positives 124 y p p g / (S/C)  Positive samples with S/C larger than one are considered true positives   8(S/C). Positive samples with S/C larger than one are considered true positives,  ti   l   ith S/C  ll  th       id d t   ti 80 Description of samples tested with prototype rapid tests negative samples with S/C smaller than one are considered true negatives.Description of samples tested with prototype rapid tests 70 100 100% 70 100 100% 90 90% 60 ) 90 ) 90% 60  (%) 80  (%) 80% y ( 80 y ( 80% ) vity 70 city %  %) 50 tiv 7 fic 70% y ( sit 60 cif tiy en pec 60% vit 40 Se 50 Sp 60% itiv 40 40 ty/ 50% nsi 40 vit 50%  sen 30 30 tiv 40% l s 30 30 nsit 40% ral 20 en % er 20 Se 30% Ove 20 10 O 20% 0 10 10% 10 10% 0% 00% 0 Indian TB HIV +/TB+ South African All positives Peptide 1‐ Peptide 1‐ Peptide 1‐ Peptide 1‐ Peptide 1‐ S iti it S ifi it (100/100) / (14/14) TB (9/10) p (123/124) Peptide 1 Peptide 3 Peptide 1 Peptide 4 Peptide 1 Peptide 4 Peptide 1 Peptide 4 Peptide 1 Peptide 3Sensitivity Specificity (100/100) (14/14) TB (9/10) (123/124) Peptide 3‐ Peptide 4‐ Peptide 4‐ Peptide 4‐ Peptide 3‐ Peptide 6‐ Peptide 6‐ Peptide 7‐ Peptide 7 Peptide 7 Individual sensitivities and specifities for each individual peptide tested  The  Calculated sensitivities using all peptides and discriminated by population  The  Peptide 6 Peptide 7 Peptide 6 Peptide 7 Peptide 7 Peptide 9 Peptide 7 Peptide 7 Individual sensitivities and specifities for each individual peptide tested. The  sensitivities ranged from 27% with peptide 2 to 86% with peptide 7 Calculated sensitivities using all peptides and discriminated by population. The  overall sensitivity is 99%  When the results from all peptides are combined only one  Peptide 7 Peptide 7 Peptide 9 sensitivities ranged from 27% with peptide 2 to 86% with peptide 7. overall sensitivity is 99%. When the results from all peptides are combined only one  South African samples failed to be correctly identified as a true positive.p y p 7  Conclusions 8  Future work7. Conclusions 8. Future work • Peptides from immunogenic cell wall proteins can be used in rapid tests to identify  • Create several peptide cocktails using the combinations identified • Peptides from immunogenic cell‐wall proteins can be used in rapid tests to identify  • Create several peptide cocktails using the combinations identified p g p p y ti  TB i f ti p p g d   th  t  t t TB  l  Thi       l    b  active TB infections. and use them to test TB samples. This way, more samples can be  Th   f   f th   tid     id l   d it   t  l ti  i   iti l t   p y, p id tifi d  i   l    d i• The performance of the peptides vary widely and its correct selection is critical to  identified using only one device.p p p y y bt i i  th  d i d  f g y T t  dditi l  ti   l  f   th  hi h  i k  l ti  obtaining the desired performance. • Test additional negative samples from other high risk populations, obtaining the desired performance. C bi i   h   l   f diff   id  l d    h    id ifi i   f  Test additional negative samples from other high risk populations,  i l di   b l i  l  di  H h ld  d  h  • Combining the results of different peptides lead to the correct identification of  including non‐tuberculosis lung disease, Household and other Combining the results of different peptides lead to the correct identification of  l h h h ld b d f d h d d l d including non tuberculosis lung disease, Household and other  ll i i / i hsamples which otherwise could not be identified with individual peptides. contacts as well as HIV positive/TB negative among others.samples which otherwise could not be identified with individual peptides. contacts as well as HIV positive/TB negative among others.