Papirbaserede enheder demonstrerer høj nøjagtighed ved påvisning af asymptomatisk malaria

Papirbaserede enheder demonstrerer høj nøjagtighed ved påvisning af asymptomatisk malaria

Enheder, der bruger billige papirstrimler, har overgået to andre testmetoder til at opdage malariainfektioner hos asymptomatiske mennesker i Ghana - et diagnostisk fremskridt, der kan fremskynde indsatsen for at eliminere sygdommen, siger forskere.

Enheder, der er vildledende enkle i udseendet, letter kemiske reaktioner mellem en dråbe blod og molekyler indlejret i papirlag og er afhængige af sofistikerede, men bærbare instrumenter til at stille diagnosen: en massespektrometrimåling af slutproduktet - i positive tilfælde et malariaspecifikt antigen, der udløser immunsystemet.

Normalt tager man prøven til laboratoriet, men nu tager vi for eksempel laboratoriet - jeg tager den med til Afrika, en af ​​de fjerneste dele af verden, og laver analysen lige der. “

Abraham Badu-Tawiah, hovedforfatter af feltstudierapporten og professor i kemi og biokemi ved Ohio State University

"Spørgsmålet var, om vi kan have et følsomt værktøj, som kan leveres til folk, uanset hvor de befinder sig. Den statistiske analyse viste, at vores metode er 90 % nøjagtig og sammenlignelig med en PCR-test. Det er meget godt, og vi kan levere disse resultater til folk, der har mest brug for det."

Forskningen blev for nylig offentliggjort iAnalytisk kemi.

Malaria er forårsaget af bid af myg, der spreder smitsomme parasitter. Verdenssundhedsorganisationen anslår, at 249 millioner mennesker verden over havde malaria i 2022, og omkring 608.000 døde af sygdommen. En forebyggende vaccine er nu tilgængelig for børn i Ghana, hvor over en fjerdedel af befolkningen blev smittet i 2011, en stigning fra 8,6 % i 2022.

Badu-Tawiah rapporterede første gang denne opfindelse i 2016, der beskrev en enhed til hjemme- eller fjernplaceringstest ved hjælp af letvægtsstrukturer, der kunne holde biologiske prøver stabile i flere måneder.

Selvom teknologien allerede er ved at blive forfinet til at opdage andre sygdomme, var malaria Badu-Tawiahs største bekymring – især da øget optagelse af vaccinen reducerer den naturlige immunitet i befolkningen, hvilket skaber behovet for udbredt overvågning af potentielle infektioner i Afrika syd for Sahara.

Siden 2016 har Badu-Tawiahs laboratorium skabt en 3D-automatiseringsproces til at lagre antistoffer og ioner i enheden og tilføjet et multipriperet molekyle for at forstærke det sammensatte signal til påvisning ved massespektrometri, men enhedens fremstillingsprocessen er stadig manuel. Papirark, der udgør enhedens lag - belagt med voksagtige sektioner, der ikke trænger ind i blodet - er individuelt trykt og presset sammen med dobbeltsidet tape. 25 enheder passer på 8×12 tommer arkene.

Når det er påført, opdeles blodet i fire kamre - to som positive og negative kontroller - og fremkalder kemiske reaktioner, når det passerer gennem lagene. Kemikerne designet ioniske prober til at mærke antistoffer, der ekstraherer antigenet fra blodet og placerer det permanent på papiret inden for cirka 10 minutter. Efter en buffervask pilles strimlerne fra hinanden og analyseres foran et håndholdt massespektrometer.

"Spektrometeret måler massen af ​​forbindelsen af ​​interesse. Molekylvægten fortæller os, hvis vi ser en vis masse, betyder det, at malariaantigenet er i dit blod. Det er et ja. Hvis det ikke er der, er det et nej," sagde Badu-Tawiah.

Resultaterne er tilgængelige på cirka 30 minutter, men brugte enheder uden køling kan også opbevares på ubestemt tid til senere analyse. Den høje stabilitet betyder, at apparaterne efter vaskefasen kan overføres i almindelige kuverter – en evne, der forbinder mennesker med asymptomatiske infektioner i de fjerneste egne af Afrika til ressourcerige centre andre steder i verden, uden traditionelle kølekæderestriktioner.

I løbet af fem uger i 2022 i Ghana testede Badu-Tawiah enhedens effektivitet hos 266 asymptomatiske frivillige og sammenlignede dens resultater med tre andre mest almindelige testmetoder til nuværende malariadiagnostisk brug: mikroskopisk undersøgelse af blodceller, kommercielt tilgængelige hurtige diagnostiske tests og PCR (polymerasekædereaktion).

En nøglefaktor i at teste mennesker uden symptomer er, at Badu-Tawiah fandt ud af, at tætheden af ​​parasitter i deres blod sandsynligvis vil være lav, når de er inficeret. Det betyder, at en meget følsom test er påkrævet for at opdage deres tilstedeværelse.

Sammenligningen viste, at mikroskopi, guldstandarden på afrikanske hospitaler, havde de mindst nøjagtige resultater, hvilket kun indikerede 24 positive tilfælde, og hurtige diagnostiske tests identificerede 63 infektioner. PCR identificerede 142 positive tilfælde, og de papirbaserede enheder identificerede 184 positive.

"Mikroskopi fungerer godt, når personen er syg og på hospitalet. Her har vi været i samfund, hvor kun 24 blev vist positive med mikroskopi. Denne test fortæller os, at størstedelen er negative. Det er et stort problem," sagde Badu-Tawiah. "Ved at bruge en mere kompleks metode som PCR er næsten 50% af mennesker syge, og alligevel kan mikroskopi ikke fortælle os det. Og hos mennesker med meget lav parasittæthed fejler hurtige diagnostiske tests dybt - de kan kun opdage højere parasittætheder."

Beregning af følsomheden for hver metode - antallet af sande positive divideret med sande positive plus falske negative - viste, at de papirbaserede enheder opnåede en følsomhed på 96,5 % sammenlignet med 17 % for mikroskopi og 43 % for hurtige diagnostiske tests.

Syvogfyrre af 266 prøver gav et falsk positivt resultat - og alle blev bekræftet negative ved mikroskopi. PCR, der betragtes som den mest nøjagtige test, diagnosticerede også disse mennesker som negative.

Badu-Tawiah sagde, at de falske positive resultater var forårsaget af forskellig viskositet af blodprøverne, hvilket førte til omfordeling af blodkanaler under vaskefasen. Holdet ændrede enheden for at tage højde for denne mulighed.

Badu-Tawiah har indledt drøftelser med Ghanas regering om implementering af et testprogram.

"Vi fortalte folk, at dette var muligt i 2016, og vi gik faktisk ind i marken og testede det. Det er meget lovende," sagde han. "Teknologi vil gå hånd i hånd med vaccination, og du har brug for et følsomt værktøj til at levere."

Han arbejder også med klinikere i Ohio State for at tilpasse apparaterne til at opdage risici for tyktarmskræft og akut pancreatitis.

"Jeg har hammeren nu, og jeg kunne slå forskellige søm," sagde han. "Vi skal bare ændre antistoffet for at gøre det anvendeligt til andre sygdomme."

Dette arbejde blev støttet af National Institute of Allergy and Infectious Diseases. Medforfattere inkluderer Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia og James Odei fra Ohio State og Abdul-Hakim Mutala og Kingsley Badu fra University of Kwame Nkrumah University and Technology i Ghana.

Kilder: