Geräte auf Papierbasis zeigen eine hohe Genauigkeit bei der Erkennung asymptomatischer Malaria

Geräte mit billigen Papierstreifen haben zwei weitere Testmethoden zur Erkennung von Malaria -Infektionen bei asymptomatischen Menschen in Ghana übertroffen – ein diagnostischer Fortschritt, der die Bemühungen zur Beseitigung der Krankheit beschleunigen könnte, sagen Forscher.

In täuschend einfachem Aussehen erleichtern die Geräte chemische Reaktionen zwischen einem Tropfen von Blut und Molekülen, die in Papierschichten eingebettet sind, und stützen sich auf hoch entwickelte, aber tragbare Instrumente, um die Diagnose zu stellen: eine Massenspektrometriemessung des Endprodukts-in positiven Fällen, ein Malaria-spezifisches Antigen, das das Immunsystem auslöst.

Normalerweise bringen Sie die Probe ins Labor, aber jetzt bringen wir das Labor zum Beispiel – ich bringe es nach Afrika, einen der entlegensten Teile der Welt, und mache die Analyse genau dort. „

Abraham Badu-Tawiah, Hauptautor des Feldstudienberichts und Professor für Chemie und Biochemie an der Ohio State University

„Die Frage war, können wir ein sensitives Instrument haben, das an Personen geliefert werden kann, unabhängig davon, wo sie sich befinden. Die statistische Analyse zeigte, dass unsere Methode zu 90% genau und mit einem PCR -Test vergleichbar ist. Es ist sehr gut und wir können diese Ergebnisse an Personen liefern, die es am meisten brauchen.“

Die Forschung wurde kürzlich in veröffentlicht Analytische Chemie.

Malaria wird durch den Biss von Mücken verursacht, die infektiöse Parasiten verbreiten. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass im Jahr 2022 249 Millionen Menschen weltweit Malaria hatten und etwa 608.000 an der Krankheit starben. Ein vorbeugender Impfstoff steht Kindern in Ghana jetzt zur Verfügung, wo im Jahr 2011 über ein Viertel der Bevölkerung infiziert wurde, verglichen mit 8,6% bis 2022.

Badu-Tawiah berichtete erstmals über diese Erfindung im Jahr 2016 und beschreibt ein Gerät für Zuhome- oder Remote-Location-Tests unter Verwendung von leichten Strukturen, die biologische Proben monatelang stabil halten könnten.

Obwohl die Technologie bereits zur Erkennung anderer Krankheiten verfeinert wird, war Malaria Badu-Tawiahs Hauptanliegen-insbesondere da eine zunehmende Aufnahme des Impfstoffs die natürliche Immunität in der Bevölkerung verringert, was die Bedürfnisse einer weit verbreiteten Überwachung für potenzielle Infektionen in Afrika südlich der Sahara verursacht.

Seit 2016 hat das Labor von Badu-Tawiah einen 3D-Automatisierungsprozess zum Speichern von Antikörpern und Ionen im Gerät erstellt und ein multipripiertes Molekül hinzugefügt, um das Verbindungssignal zur Erkennung durch Massenspektrometrie zu verstärken, aber der Geräteherstellungsprozess ist immer noch manuell. Papierblätter, aus denen die Schichten des Geräts bestehen-beschichtet mit wachsartigen Abschnitten, die das Blut nicht durchdringen-werden einzeln gedruckt und zusammen mit doppelseitigem Klebeband gedrückt. 25 Geräte passen auf die 8×12-Zoll-Blätter.

Nach dem Auftragen wird das Blut in vier Kammern unterteilt – zwei als positive und negative Kontrollen – und induziert chemische Reaktionen, wenn es durch die Schichten führt. Die Chemiker entwarfen ionische Sonden, um Antikörper zu markieren, die das Antigen aus dem Blut extrahieren und es innerhalb von etwa 10 Minuten dauerhaft auf das Papier legen. Nach einer Pufferwäsche werden die Streifen voneinander abgezogen und vor einem Handheld -Massenspektrometer geweiht.

„Das Spektrometer misst die Masse der interessierenden Verbindung. Das Molekulargewicht sagt uns, ob wir eine bestimmte Masse sehen, das bedeutet, dass das Malaria-Antigen in Ihrem Blut ist. Das ist ein Ja. Wenn es nicht da ist, ist das ein Nein“, sagte Badu-Tawiah.

Die Ergebnisse sind in etwa 30 Minuten erhältlich, aber für die spätere Analyse können auch gebrauchte Geräte ohne Kühlung auf unbestimmte Zeit gespeichert werden. Die hohe Stabilität bedeutet, dass nach der Waschphase die Geräte in gewöhnlichen Umschlägen übertragen werden können-eine Fähigkeit, die Menschen mit asymptomatischer Infektionen in den entferntesten Regionen Afrikas mit ressourcenreichen Zentren irgendwo anders auf der Welt verbinden, ohne traditionelle Kaltkettenbeschränkungen.

Über fünf Wochen im Jahr 2022 in Ghana testete Badu-Tawiah die Wirksamkeit des Geräts in 266 asymptomatischen Freiwilligen und verglichen seine Ergebnisse mit drei weiteren häufigsten Testmethoden für die gegenwärtige Verwendung von Malaria-Diagnose: mikroskopische Untersuchung von Blutzellen, im Handel erhältliche schnelle diagnostische Tests und PCR (Polymerase-Kettenreaktion).

Ein Schlüsselfaktor beim Testen von Menschen ohne Symptome ist, dass Badu-Tawiah feststellte, dass die Dichte der Parasiten in ihrem Blut wahrscheinlich niedrig ist, wenn sie infiziert sind. Dies bedeutet, dass ein hochempfindlicher Test erforderlich ist, um ihre Anwesenheit zu erfassen.

Der Vergleich zeigte, dass die Mikroskopie, der Goldstandard in afrikanischen Krankenhäusern, die am wenigsten genauen Ergebnisse aufwies, was nur 24 positive Fälle anzeigt, und schnelle Diagnosetests identifizierten 63 Infektionen. PCR identifizierte 142 positive Fälle, und die auf Papier basierenden Geräte identifizierten 184 Positive.

„Die Mikroskopie funktioniert gut, wenn die Person krank und im Krankenhaus ist. Hier waren wir in Gemeinden, in denen nur 24 mit der Mikroskopie als positiv ausgewiesen wurden. Dieser Test sagt uns, dass die Mehrheit negativ ist. Das ist ein großes Problem“, sagte Badu-Tawiah. „Bei Verwendung einer komplexeren Methode wie PCR sind fast 50% der Menschen krank, und dennoch können uns die Mikroskopie nicht sagen. Und bei Menschen mit sehr geringer Parasitdichte scheiterten schnelle diagnostische Tests kläglich – sie können nur eine höhere Parasitendichte erkennen.“

Die Berechnung der Empfindlichkeit der einzelnen Methoden-die Anzahl der wahren Positives geteilt durch wahre Positive plus falsch negative-zeigte, dass die papierbasierten Geräte eine Empfindlichkeit von 96,5% erzielten, verglichen mit 17% für die Mikroskopie und 43% für schnelle diagnostische Tests.

Siebenundvierzig von 266 Proben gaben ein falsch positives Ergebnis-und alle wurden durch die Mikroskopie als negativ bestätigt. PCR, das als der genaueste Test angesehen wird, diagnostizierte diese Personen ebenfalls als negativ.

Badu-Tawiah sagte, die falsch positiven Ergebnisse hätten durch unterschiedliche Viskosität der Blutproben verursacht worden sein, was zu einer Umverteilung von Blutkanälen während der Waschphase führte. Das Team hat das Gerät geändert, um diese Möglichkeit zu berücksichtigen.

Badu-Tawiah hat Gespräche mit der Regierung Ghana über die Umsetzung eines Testprogramms begonnen.

„Wir haben den Leuten gesagt, dass dies 2016 möglich war, und wir sind tatsächlich auf das Feld gegangen und haben es getestet. Es ist sehr vielversprechend“, sagte er. „Die Technologie wird mit der Impfung Hand in Hand gehen, und Sie benötigen ein sensibles Werkzeug, das zu liefern ist.“

Er arbeitet auch mit Klinikern des Bundesstaates Ohio zusammen, um die Geräte anzupassen, um Risiken für Darmkrebs und akute Pankreatitis zu erkennen.

„Ich habe jetzt den Hammer und könnte verschiedene Nägel schlagen“, sagte er. „Wir müssen nur den Antikörper ändern, um es auf andere Krankheiten anwendbar zu machen.“

Diese Arbeit wurde vom Nationalen Institut für Allergie und Infektionskrankheiten unterstützt. Mitautoren sind Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia und James Odei aus dem Bundesstaat Ohio sowie Abdul-Hakim Mutala und Kingsley Badu von der Universität von Kwame Nkrumah Universität und Technologie in Ghana.

Quellen: