Хартиените устройства демонстрират висока точност при откриване на асимптоматична малария

Хартиените устройства демонстрират висока точност при откриване на асимптоматична малария

Устройствата, използващи евтини хартиени ленти, надминаха два други метода за тестване за откриване на маларийни инфекции при асимптоматични хора в Гана - диагностичен напредък, който може да ускори усилията за елиминиране на болестта, казват изследователите.

Измамно прости на външен вид, устройствата улесняват химичните реакции между капка кръв и молекули, вградени в слоеве хартия, и разчитат на сложни, но преносими инструменти за поставяне на диагнозата: масспектрометрично измерване на крайния продукт - в положителни случаи, специфичен за маларията антиген, който задейства имунната система.

Обикновено носите пробата в лабораторията, но сега ние вземаме лабораторията, например - аз я нося в Африка, една от най-отдалечените части на света, и правя анализа точно там. “

Ейбрахам Баду-Тавия, водещ автор на доклада за теренно проучване и професор по химия и биохимия в Държавния университет на Охайо

"Въпросът беше можем ли да имаме чувствителен инструмент, който да може да бъде доставен на хората, независимо къде се намират. Статистическият анализ показа, че нашият метод е 90% точен и сравним с PCR тест. Той е много добър и можем да доставим тези резултати на хората, които имат най-голяма нужда."

Изследването беше публикувано наскоро вАналитична химия.

Маларията се причинява от ухапвания от комари, които разпространяват инфекциозни паразити. Световната здравна организация изчислява, че 249 милиона души по света са имали малария през 2022 г. и около 608 000 са починали от болестта. Превантивна ваксина вече е достъпна за деца в Гана, където над една четвърт от населението е било заразено през 2011 г., спрямо 8,6% до 2022 г.

Badu-Tawiah за първи път съобщи за това изобретение през 2016 г., описвайки устройство за тестване у дома или на отдалечено място, използвайки леки структури, които могат да поддържат биологичните проби стабилни в продължение на месеци.

Въпреки че технологията вече се усъвършенства за откриване на други заболявания, маларията беше основната грижа на Badu-Tawiah - особено тъй като нарастващото усвояване на ваксината намалява естествения имунитет на населението, създавайки необходимост от широко наблюдение за потенциални инфекции в Субсахарска Африка.

От 2016 г. лабораторията на Badu-Tawiah създаде 3D автоматизиран процес за съхраняване на антитела и йони в устройството и добави мултиприпирана молекула за усилване на сигнала на съединението за откриване чрез масова спектрометрия, но процесът на производство на устройството все още е ръчен. Хартиените листове, които изграждат слоевете на устройството - покрити с восъчни участъци, които не проникват в кръвта - се отпечатват поотделно и се притискат заедно с двустранна лента. 25 устройства се побират на листове 8 × 12 инча.

Веднъж приложена, кръвта се разделя на четири камери - две като положителни и отрицателни контроли - и предизвиква химически реакции, докато преминава през слоевете. Химиците проектират йонни сонди за маркиране на антитела, които извличат антигена от кръвта и го поставят за постоянно върху хартията в рамките на около 10 минути. След промиване с буфер, лентите се отделят и се анализират пред ръчен масспектрометър.

"Спектрометърът измерва масата на съединението, което ни интересува. Молекулното тегло ни казва, че ако видим определена маса, това означава, че маларийният антиген е в кръвта ви. Това е да. Ако не е там, това е не", каза Баду-Тавия.

Резултатите са налични след приблизително 30 минути, но използваните устройства без охлаждане също могат да се съхраняват за неопределено време за по-късен анализ. Високата стабилност означава, че след фазата на измиване, устройствата могат да бъдат прехвърлени в обикновени пликове - възможност, която свързва хората с асимптоматични инфекции в най-отдалечените региони на Африка с богати на ресурси центрове другаде по света, без традиционни ограничения на студената верига.

В продължение на пет седмици през 2022 г. в Гана Badu-Tawiah тества ефективността на устройството при 266 асимптоматични доброволци и сравни резултатите му с три други най-разпространени метода за тестване за текуща диагностична употреба на малария: микроскопско изследване на кръвни клетки, налични в търговската мрежа бързи диагностични тестове и PCR (полимеразна верижна реакция).

Ключов фактор при тестването на хора без симптоми е, че Badu-Tawiah установи, че плътността на паразитите в кръвта им вероятно ще бъде ниска, когато са заразени. Това означава, че е необходим високочувствителен тест за откриване на тяхното присъствие.

Сравнението показа, че микроскопията, златният стандарт в африканските болници, има най-малко точни резултати, показвайки само 24 положителни случая, а бързите диагностични тестове идентифицират 63 инфекции. PCR идентифицира 142 положителни случая, а хартиените устройства идентифицират 184 положителни случая.

„Микроскопията работи добре, когато човекът е болен и е в болница. Тук бяхме в общности, където само 24 бяха показани положителни с микроскопия. Този тест ни казва, че мнозинството са отрицателни. Това е голям проблем“, каза Баду-Тавия. „Използвайки по-сложен метод като PCR, почти 50% от хората са болни и въпреки това микроскопията не може да ни каже. А при хора с много ниска гъстота на паразити бързите диагностични тестове се провалят ужасно – те могат да открият само по-висока гъстота на паразити.“

Изчисляването на чувствителността на всеки метод - броят на истинските положителни резултати, разделен на истинските положителни резултати плюс фалшивите отрицателни резултати - показа, че хартиените устройства са постигнали чувствителност от 96,5%, в сравнение със 17% за микроскопия и 43% за бързи диагностични тестове.

Четиридесет и седем от 266 проби са дали фалшив положителен резултат - и всички са били потвърдени отрицателни чрез микроскопия. PCR, считан за най-точния тест, също диагностицира тези хора като отрицателни.

Badu-Tawiah каза, че фалшивите положителни резултати са причинени от различен вискозитет на кръвните проби, което е довело до преразпределение на кръвните канали по време на фазата на измиване. Екипът модифицира устройството, за да отчете тази възможност.

Badu-Tawiah започна дискусии с правителството на Гана за прилагане на програма за тестване.

„Казахме на хората, че това е възможно през 2016 г. и всъщност отидохме на терен и го тествахме. Много е обещаващо“, каза той. „Технологиите ще вървят ръка за ръка с ваксинирането и се нуждаете от чувствителен инструмент, за да го постигнете.“

Той също така работи с клиницисти от щата Охайо за адаптиране на устройствата за откриване на рискове от рак на дебелото черво и остър панкреатит.

„Сега имам чука и мога да забивам различни пирони“, каза той. „Просто трябва да променим антитялото, за да го направим приложимо за други заболявания.“

Тази работа беше подкрепена от Националния институт по алергии и инфекциозни болести. Съавторите включват Айеша Сет, Суджи Лий, Гириш Мураликришнан, Едгар Гарсия и Джеймс Одей от щата Охайо и Абдул-Хаким Мутала и Кингсли Баду от Университета на Kwame Nkrumah University and Technology в Гана.

източници: