تُظهر الأجهزة الورقية دقة عالية في اكتشاف الملاريا بدون أعراض

تُظهر الأجهزة الورقية دقة عالية في اكتشاف الملاريا بدون أعراض

قال باحثون إن الأجهزة التي تستخدم شرائط ورقية رخيصة الثمن تفوقت على طريقتين أخريين للاختبار للكشف عن عدوى الملاريا لدى الأشخاص الذين لا تظهر عليهم أعراض في غانا، وهو تقدم تشخيصي يمكن أن يسرع الجهود المبذولة للقضاء على المرض.

تبدو هذه الأجهزة بسيطة بشكل خادع، فهي تسهل التفاعلات الكيميائية بين قطرة دم وجزيئات مغروسة في طبقات من الورق، وتعتمد على أدوات متطورة ولكن محمولة لإجراء التشخيص: قياس الطيف الكتلي للمنتج النهائي - في الحالات الإيجابية، مستضد خاص بالملاريا يحفز الجهاز المناعي.

عادة نأخذ العينة إلى المختبر، ولكن الآن نحن نأخذ المختبر، على سبيل المثال - أنا آخذها إلى أفريقيا، وهي واحدة من أكثر المناطق النائية في العالم، وأجري التحليل هناك. "

أبراهام بادو تاوياه، المؤلف الرئيسي لتقرير الدراسة الميدانية وأستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة ولاية أوهايو

"كان السؤال هو: هل يمكن أن يكون لدينا أداة حساسة يمكن تقديمها للناس بغض النظر عن مكان وجودهم. أظهر التحليل الإحصائي أن طريقتنا دقيقة بنسبة 90٪ وقابلة للمقارنة باختبار PCR. إنها جيدة جدًا ويمكننا تقديم هذه النتائج إلى الأشخاص الذين هم في أمس الحاجة إليها."

وقد نشر البحث مؤخرا فيالكيمياء التحليلية.

تحدث الملاريا بسبب لدغة البعوض الذي ينشر الطفيليات المعدية. وتقدر منظمة الصحة العالمية أن 249 مليون شخص في جميع أنحاء العالم أصيبوا بالملاريا في عام 2022 وأن حوالي 608 آلاف ماتوا بسبب المرض. ويتوفر الآن لقاح وقائي للأطفال في غانا، حيث أصيب أكثر من ربع السكان بالمرض في عام 2011، مقارنة بـ 8.6% بحلول عام 2022.

أبلغت Badu-Tawiah لأول مرة عن هذا الاختراع في عام 2016، حيث وصفت جهازًا للاختبار في المنزل أو في مكان بعيد باستخدام هياكل خفيفة الوزن يمكنها الحفاظ على استقرار العينات البيولوجية لعدة أشهر.

ورغم أن هذه التكنولوجيا يجري تحسينها بالفعل للكشف عن أمراض أخرى، فإن الملاريا كانت الشغل الشاغل لبادو-تاويه ــ وخاصة وأن زيادة تناول اللقاح تؤدي إلى انخفاض المناعة الطبيعية بين السكان، مما يخلق الحاجة إلى مراقبة واسعة النطاق للعدوى المحتملة في منطقة جنوب الصحراء الكبرى في أفريقيا.

منذ عام 2016، أنشأ مختبر بادو تاوية عملية أتمتة ثلاثية الأبعاد لتخزين الأجسام المضادة والأيونات في الجهاز وأضاف جزيئًا متعدد الجزيئات لتضخيم الإشارة المركبة للكشف عنها بواسطة قياس الطيف الكتلي، لكن عملية تصنيع الجهاز لا تزال يدوية. تتم طباعة الأوراق التي تشكل طبقات الجهاز - المغطاة بأجزاء شمعية لا تخترق الدم - بشكل فردي ويتم ضغطها معًا بشريط مزدوج الجوانب. 25 جهازًا مناسبًا للألواح مقاس 8 × 12 بوصة.

بمجرد تطبيقه، ينقسم الدم إلى أربع حجرات - اثنتان كعناصر تحكم إيجابية وسلبية - ويحفز التفاعلات الكيميائية أثناء مروره عبر الطبقات. صمم الكيميائيون مجسات أيونية لتسمية الأجسام المضادة التي تستخرج المستضد من الدم وتضعه بشكل دائم على الورق في غضون 10 دقائق تقريبًا. بعد الغسيل المنظم، يتم تقشير الشرائط وتحليلها أمام مطياف الكتلة المحمول.

وقال بادو تاوياه: "يقيس المطياف كتلة المركب محل الاهتمام. ويخبرنا الوزن الجزيئي إذا رأينا كتلة معينة، فهذا يعني أن مستضد الملاريا موجود في دمك. وهذا نعم. وإذا لم يكن هناك، فهذا لا".

تتوفر النتائج خلال 30 دقيقة تقريبًا، ولكن يمكن أيضًا تخزين الأجهزة المستخدمة بدون تبريد إلى أجل غير مسمى لتحليلها لاحقًا. ويعني الاستقرار العالي أنه بعد مرحلة الغسيل، يمكن نقل الأجهزة في مظاريف عادية - وهي القدرة التي تربط الأشخاص المصابين بعدوى بدون أعراض في المناطق النائية في أفريقيا بالمراكز الغنية بالموارد في أماكن أخرى من العالم، دون قيود سلسلة التبريد التقليدية.

على مدار خمسة أسابيع في عام 2022 في غانا، اختبرت Badu-Tawiah فعالية الجهاز على 266 متطوعًا بدون أعراض وقارنت نتائجه مع ثلاث طرق اختبار أخرى أكثر شيوعًا للاستخدام الحالي لتشخيص الملاريا: الفحص المجهري لخلايا الدم، واختبارات التشخيص السريع المتاحة تجاريًا وتفاعل البوليميراز المتسلسل.

أحد العوامل الرئيسية في اختبار الأشخاص الذين ليس لديهم أعراض هو أن بادو تاويه وجد أن كثافة الطفيليات في دمهم من المرجح أن تكون منخفضة عند إصابتهم. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى اختبار حساس للغاية للكشف عن وجودها.

وأظهرت المقارنة أن الفحص المجهري، وهو المعيار الذهبي في المستشفيات الأفريقية، حقق أقل النتائج دقة، حيث أشار إلى 24 حالة إيجابية فقط، وحددت اختبارات التشخيص السريع 63 إصابة. وحددت تقنية PCR 142 حالة إيجابية، وحددت الأجهزة الورقية 184 حالة إيجابية.

وقال بادو تاوياه: "الفحص المجهري يعمل بشكل جيد عندما يكون الشخص مريضا وفي المستشفى. لقد كنا هنا في مجتمعات أظهرت الفحص المجهري أن 24 حالة فقط إيجابية. ويخبرنا هذا الاختبار أن الأغلبية سلبية. وهذه مشكلة كبيرة". "باستخدام طريقة أكثر تعقيدًا مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل، يصاب ما يقرب من 50٪ من الأشخاص بالمرض، ومع ذلك لا يمكن للفحص المجهري أن يخبرنا. وفي الأشخاص الذين لديهم كثافات طفيليات منخفضة جدًا، تفشل اختبارات التشخيص السريع فشلاً ذريعًا - حيث يمكنهم فقط اكتشاف كثافات طفيليات أعلى."

وأظهر حساب حساسية كل طريقة - عدد الإيجابيات الحقيقية مقسوما على الإيجابيات الحقيقية بالإضافة إلى السلبيات الكاذبة - أن الأجهزة الورقية حققت حساسية بنسبة 96.5%، مقارنة بـ 17% للفحص المجهري و43% لاختبارات التشخيص السريع.

أعطت 47 عينة من أصل 266 نتيجة إيجابية كاذبة، وتم تأكيد سلبية جميعها بالمجهر. كما أن اختبار PCR، الذي يعتبر الاختبار الأكثر دقة، تم تشخيصه على أنه سلبي لهؤلاء الأشخاص.

وقال بادو طاوية إن النتائج الإيجابية الكاذبة كانت بسبب اختلاف لزوجة عينات الدم، مما أدى إلى إعادة توزيع قنوات الدم أثناء مرحلة الغسيل. وقام الفريق بتعديل الجهاز ليأخذ في الاعتبار هذا الاحتمال.

بدأت Badu-Tawiah مناقشات مع حكومة غانا حول تنفيذ برنامج الاختبار.

وقال "أخبرنا الناس أن هذا ممكن في عام 2016 وذهبنا بالفعل إلى الميدان واختبرناه. إنه أمر واعد للغاية". "سوف تسير التكنولوجيا جنبًا إلى جنب مع التطعيم، وتحتاج إلى أداة حساسة لتحقيق ذلك."

وهو يعمل أيضًا مع الأطباء في ولاية أوهايو لتكييف الأجهزة للكشف عن مخاطر الإصابة بسرطان القولون والتهاب البنكرياس الحاد.

وقال: "لدي المطرقة الآن وأستطيع أن أدق مساميراً مختلفة". "نحن بحاجة فقط إلى تغيير الجسم المضاد لجعله قابلاً للتطبيق على أمراض أخرى."

تم دعم هذا العمل من قبل المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية. ومن بين المؤلفين المشاركين عائشة سيث، وسوجي لي، وجيريش موراليكريشنان، وإدغار جارسيا، وجيمس أودي من ولاية أوهايو، وعبد الحكيم موتالا وكينغسلي بادو من جامعة كوامي نكروما والتكنولوجيا في غانا.

مصادر: