Papírová zařízení vykazují vysokou přesnost při detekci asymptomatické malárie

Papírová zařízení vykazují vysokou přesnost při detekci asymptomatické malárie

Zařízení využívající levné papírové proužky překonala dvě další testovací metody pro detekci infekcí malárie u asymptomatických lidí v Ghaně - diagnostický pokrok, který by mohl urychlit úsilí o odstranění nemoci, říkají vědci.

Zdánlivě jednoduchá zařízení usnadňují chemické reakce mezi kapkou krve a molekulami uloženými ve vrstvách papíru a při stanovení diagnózy se spoléhají na sofistikované, ale přenosné přístroje: měření konečného produktu hmotnostní spektrometrií – v pozitivních případech antigen specifický pro malárii, který spouští imunitní systém.

Normálně vezmete vzorek do laboratoře, ale teď vezmeme například laboratoř – vezmu ho do Afriky, jedné z nejvzdálenějších částí světa, a tam udělám analýzu. “

Abraham Badu-Tawiah, hlavní autor terénní studie a profesor chemie a biochemie na Ohio State University

"Otázkou bylo, zda můžeme mít citlivý nástroj, který lze dodat lidem bez ohledu na to, kde se nacházejí. Statistická analýza ukázala, že naše metoda je z 90 % přesná a srovnatelná s testem PCR. Je velmi dobrá a můžeme tyto výsledky dodat lidem, kteří to nejvíce potřebují."

Výzkum byl nedávno zveřejněn vAnalytická chemie.

Malárie je způsobena kousnutím komárů, kteří šíří infekční parazity. Světová zdravotnická organizace odhaduje, že v roce 2022 mělo 249 milionů lidí na celém světě malárii a asi 608 000 na tuto nemoc zemřelo. Preventivní vakcína je nyní k dispozici dětem v Ghaně, kde byla v roce 2011 infikována více než čtvrtina populace, v roce 2022 to bylo 8,6 %.

Badu-Tawiah poprvé oznámila tento vynález v roce 2016, popisující zařízení pro testování doma nebo na dálku pomocí lehkých struktur, které by mohly udržet biologické vzorky stabilní po celé měsíce.

Ačkoli se technologie již zdokonaluje, aby detekovala další nemoci, malárie byla hlavním problémem Badu-Tawiah - zejména proto, že rostoucí příjem vakcíny snižuje přirozenou imunitu v populaci, což vytváří potřebu rozsáhlého sledování potenciálních infekcí v subsaharské Africe.

Od roku 2016 vytvořila laboratoř Badu-Tawiah 3D automatizační proces pro ukládání protilátek a iontů v zařízení a přidala multipripovanou molekulu pro zesílení signálu sloučeniny pro detekci hmotnostní spektrometrií, ale proces výroby zařízení je stále manuální. Papírové listy, které tvoří vrstvy zařízení – potažené voskovými částmi, které nepronikají krví – jsou jednotlivě potištěny a stlačeny k sobě oboustrannou páskou. Na listy 8×12 palců se vejde 25 zařízení.

Po aplikaci je krev rozdělena do čtyř komor – dvě jako pozitivní a negativní kontrola – a při průchodu vrstvami vyvolává chemické reakce. Chemici navrhli iontové sondy pro značení protilátek, které extrahují antigen z krve a během asi 10 minut jej trvale umístí na papír. Po promytí pufrem jsou proužky odloupnuty a analyzovány před ručním hmotnostním spektrometrem.

"Spektrometr měří hmotnost sledované sloučeniny. Molekulová hmotnost nám říká, že pokud vidíme určitou hmotnost, znamená to, že antigen malárie je ve vaší krvi. To je ano. Pokud tam není, je to ne," řekl Badu-Tawiah.

Výsledky jsou k dispozici přibližně za 30 minut, ale použitá zařízení bez chlazení lze také uložit na neurčito pro pozdější analýzu. Vysoká stabilita znamená, že po fázi praní lze zařízení přenést v běžných obálkách – což je funkce, která spojuje lidi s asymptomatickými infekcemi v nejvzdálenějších oblastech Afriky s centry bohatými na zdroje jinde ve světě, bez tradičních omezení chladícího řetězce.

Během pěti týdnů v roce 2022 v Ghaně Badu-Tawiah testoval účinnost zařízení na 266 asymptomatických dobrovolnících a porovnal jeho výsledky s dalšími třemi nejběžnějšími testovacími metodami pro současné diagnostické použití malárie: mikroskopické vyšetření krvinek, komerčně dostupné rychlé diagnostické testy a PCR (polymerázová řetězová reakce).

Klíčovým faktorem při testování lidí bez příznaků je, že Badu-Tawiah zjistil, že hustota parazitů v jejich krvi bude pravděpodobně nízká, když jsou infikováni. To znamená, že k detekci jejich přítomnosti je zapotřebí vysoce citlivý test.

Srovnání ukázalo, že mikroskopie, zlatý standard v afrických nemocnicích, měla nejméně přesné výsledky, indikovala pouze 24 pozitivních případů a rychlé diagnostické testy identifikovaly 63 infekcí. PCR identifikovala 142 pozitivních případů a papírová zařízení identifikovala 184 pozitivních.

"Mikroskopie funguje dobře, když je člověk nemocný a v nemocnici. Zde jsme byli v komunitách, kde bylo mikroskopem prokázáno pozitivních pouze 24. Tento test nám říká, že většina je negativní. To je velký problém," řekl Badu-Tawiah. "Pomocí složitější metody, jako je PCR, je téměř 50 % lidí nemocných, a přesto nám to mikroskopie nemůže říct. A u lidí s velmi nízkou hustotou parazitů rychlé diagnostické testy selhávají na plné čáře - mohou detekovat pouze vyšší hustoty parazitů."

Výpočet citlivosti každé metody – počet skutečně pozitivních vydělený skutečnými pozitivními plus falešně negativní – ukázal, že zařízení na bázi papíru dosáhla citlivosti 96,5 %, ve srovnání se 17 % pro mikroskopii a 43 % pro rychlé diagnostické testy.

Čtyřicet sedm z 266 vzorků poskytlo falešně pozitivní výsledek – a všechny byly mikroskopicky potvrzeny jako negativní. PCR, považovaná za nejpřesnější test, také tyto osoby diagnostikovala jako negativní.

Badu-Tawiah řekl, že falešně pozitivní výsledky byly způsobeny odlišnou viskozitou krevních vzorků, což vedlo k redistribuci krevních kanálů během promývací fáze. Tým upravil zařízení, aby tuto možnost zohlednil.

Badu-Tawiah zahájila jednání s vládou Ghany o zavedení testovacího programu.

"Řekli jsme lidem v roce 2016, že je to možné, a skutečně jsme šli do terénu a otestovali to. Je to velmi slibné," řekl. "Technologie půjdou ruku v ruce s očkováním a potřebujete citlivý nástroj."

Spolupracuje také s lékaři z Ohio State na přizpůsobení zařízení k detekci rizik rakoviny tlustého střeva a akutní pankreatitidy.

"Teď mám kladivo a mohl bych zatloukat různé hřebíky," řekl. "Potřebujeme pouze změnit protilátku, aby byla použitelná na jiné nemoci."

Tato práce byla podpořena Národním ústavem pro alergie a infekční nemoci. Mezi spoluautory patří Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia a James Odei ze státu Ohio a Abdul-Hakim Mutala a Kingsley Badu z University of Kwame Nkrumah University and Technology v Ghaně.

Zdroje: