Οι συσκευές που βασίζονται σε χαρτί επιδεικνύουν υψηλή ακρίβεια στην ανίχνευση ασυμπτωματικής ελονοσίας

Οι συσκευές που βασίζονται σε χαρτί επιδεικνύουν υψηλή ακρίβεια στην ανίχνευση ασυμπτωματικής ελονοσίας

Οι συσκευές που χρησιμοποιούν φθηνές λωρίδες χαρτιού έχουν ξεπεράσει δύο άλλες μεθόδους δοκιμών για τον εντοπισμό λοιμώξεων από ελονοσία σε ασυμπτωματικούς ανθρώπους στην Γκάνα - μια διαγνωστική πρόοδος που θα μπορούσε να επιταχύνει τις προσπάθειες για την εξάλειψη της νόσου, λένε οι ερευνητές.

Παραπλανητικά απλές στην εμφάνιση, οι συσκευές διευκολύνουν τις χημικές αντιδράσεις μεταξύ μιας σταγόνας αίματος και μορίων ενσωματωμένων σε στρώματα χαρτιού και βασίζονται σε εξελιγμένα αλλά φορητά όργανα για να κάνουν τη διάγνωση: μέτρηση φασματομετρίας μάζας του τελικού προϊόντος - σε θετικές περιπτώσεις, ένα ειδικό για την ελονοσία αντιγόνο που ενεργοποιεί το ανοσοποιητικό σύστημα.

Κανονικά παίρνετε το δείγμα στο εργαστήριο, αλλά τώρα παίρνουμε το εργαστήριο, για παράδειγμα - το πάω στην Αφρική, ένα από τα πιο απομακρυσμένα μέρη του κόσμου, και κάνω την ανάλυση ακριβώς εκεί. "

Abraham Badu-Tawiah, κύριος συγγραφέας της έκθεσης μελέτης πεδίου και καθηγητής χημείας και βιοχημείας στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο

"Το ερώτημα ήταν, μπορούμε να έχουμε ένα ευαίσθητο εργαλείο που να μπορεί να παραδοθεί σε ανθρώπους ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται. Η στατιστική ανάλυση έδειξε ότι η μέθοδός μας είναι 90% ακριβής και συγκρίσιμη με μια δοκιμή PCR. Είναι πολύ καλή και μπορούμε να παραδώσουμε αυτά τα αποτελέσματα σε άτομα που τη χρειάζονται περισσότερο."

Η έρευνα δημοσιεύτηκε πρόσφατα στοΑναλυτική χημεία.

Η ελονοσία προκαλείται από το τσίμπημα των κουνουπιών που μεταδίδουν μολυσματικά παράσιτα. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας εκτιμά ότι 249 εκατομμύρια άνθρωποι σε όλο τον κόσμο είχαν ελονοσία το 2022 και περίπου 608.000 πέθαναν από την ασθένεια. Ένα προληπτικό εμβόλιο είναι πλέον διαθέσιμο στα παιδιά στην Γκάνα, όπου πάνω από το ένα τέταρτο του πληθυσμού είχε μολυνθεί το 2011, από 8,6% έως το 2022.

Η Badu-Tawiah ανέφερε για πρώτη φορά αυτήν την εφεύρεση το 2016, περιγράφοντας μια συσκευή για δοκιμές εντοπισμού στο σπίτι ή απομακρυσμένης τοποθεσίας χρησιμοποιώντας ελαφριές δομές που θα μπορούσαν να κρατήσουν τα βιολογικά δείγματα σταθερά για μήνες.

Αν και η τεχνολογία έχει ήδη τελειοποιηθεί για την ανίχνευση άλλων ασθενειών, η ελονοσία ήταν το κύριο μέλημα του Badu-Tawiah - ιδιαίτερα καθώς η αυξανόμενη πρόσληψη του εμβολίου μειώνει τη φυσική ανοσία στον πληθυσμό, δημιουργώντας την ανάγκη για ευρεία επιτήρηση για πιθανές λοιμώξεις στην υποσαχάρια Αφρική.

Από το 2016, το εργαστήριο του Badu-Tawiah δημιούργησε μια διαδικασία 3D αυτοματισμού για την αποθήκευση αντισωμάτων και ιόντων στη συσκευή και πρόσθεσε ένα πολλαπλασιασμένο μόριο για να ενισχύσει το σύνθετο σήμα για ανίχνευση με φασματομετρία μάζας, αλλά η διαδικασία κατασκευής της συσκευής εξακολουθεί να είναι χειροκίνητη. Τα φύλλα χαρτιού που συνθέτουν τα στρώματα της συσκευής—επικαλυμμένα με κηρώδη τμήματα που δεν διαπερνούν το αίμα—εκτυπώνονται ξεχωριστά και συμπιέζονται μεταξύ τους με ταινία διπλής όψης. 25 συσκευές χωράνε στα φύλλα 8×12 ιντσών.

Μόλις εφαρμοστεί, το αίμα χωρίζεται σε τέσσερις θαλάμους - δύο ως θετικοί και αρνητικοί έλεγχοι - και προκαλεί χημικές αντιδράσεις καθώς περνά μέσα από τα στρώματα. Οι χημικοί σχεδίασαν ιονικούς ανιχνευτές για να επισημαίνουν τα αντισώματα που εξάγουν το αντιγόνο από το αίμα και το τοποθετούν μόνιμα στο χαρτί μέσα σε περίπου 10 λεπτά. Μετά από πλύση με ρυθμιστικό διάλυμα, οι λωρίδες ξεφλουδίζονται και αναλύονται μπροστά από ένα φορητό φασματόμετρο μάζας.

"Το φασματόμετρο μετρά τη μάζα της ένωσης που μας ενδιαφέρει. Το μοριακό βάρος μας λέει εάν βλέπουμε μια συγκεκριμένη μάζα, αυτό σημαίνει ότι το αντιγόνο της ελονοσίας βρίσκεται στο αίμα σας. Αυτό είναι ναι. Εάν δεν είναι εκεί, είναι όχι", είπε ο Badu-Tawiah.

Τα αποτελέσματα είναι διαθέσιμα σε περίπου 30 λεπτά, αλλά οι χρησιμοποιημένες συσκευές χωρίς ψύξη μπορούν επίσης να αποθηκευτούν επ' αόριστον για μεταγενέστερη ανάλυση. Η υψηλή σταθερότητα σημαίνει ότι μετά τη φάση πλύσης, οι συσκευές μπορούν να μεταφερθούν σε συνηθισμένους φακέλους - μια δυνατότητα που συνδέει άτομα με ασυμπτωματικές λοιμώξεις στις πιο απομακρυσμένες περιοχές της Αφρικής σε κέντρα πλούσια σε πόρους αλλού στον κόσμο, χωρίς παραδοσιακούς περιορισμούς στην ψυκτική αλυσίδα.

Πάνω από πέντε εβδομάδες το 2022 στην Γκάνα, η Badu-Tawiah εξέτασε την αποτελεσματικότητα της συσκευής σε 266 ασυμπτωματικούς εθελοντές και συνέκρινε τα αποτελέσματά της με τρεις άλλες πιο κοινές μεθόδους δοκιμών για την τρέχουσα διαγνωστική χρήση της ελονοσίας: μικροσκοπική εξέταση αιμοσφαιρίων, εμπορικά διαθέσιμα γρήγορες διαγνωστικές εξετάσεις και PCR (αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης).

Ένας βασικός παράγοντας για τον έλεγχο ατόμων χωρίς συμπτώματα είναι ότι ο Badu-Tawiah διαπίστωσε ότι η πυκνότητα των παρασίτων στο αίμα τους είναι πιθανό να είναι χαμηλή όταν έχουν μολυνθεί. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται μια εξαιρετικά ευαίσθητη εξέταση για την ανίχνευση της παρουσίας τους.

Η σύγκριση έδειξε ότι το μικροσκόπιο, το χρυσό πρότυπο στα αφρικανικά νοσοκομεία, είχε τα λιγότερο ακριβή αποτελέσματα, υποδεικνύοντας μόνο 24 θετικά περιστατικά και οι γρήγορες διαγνωστικές εξετάσεις εντόπισαν 63 λοιμώξεις. Η PCR εντόπισε 142 θετικά περιστατικά και οι συσκευές με βάση το χαρτί εντόπισαν 184 θετικά.

"Η μικροσκόπηση λειτουργεί καλά όταν το άτομο είναι άρρωστο και στο νοσοκομείο. Εδώ βρισκόμασταν σε κοινότητες όπου μόνο 24 βρέθηκαν θετικοί με μικροσκόπηση. Αυτό το τεστ μας λέει ότι η πλειονότητα είναι αρνητική. Αυτό είναι ένα μεγάλο πρόβλημα", είπε ο Badu-Tawiah. "Χρησιμοποιώντας μια πιο περίπλοκη μέθοδο όπως η PCR, σχεδόν το 50% των ανθρώπων είναι άρρωστοι, και όμως η μικροσκόπηση δεν μπορεί να μας πει. Και σε άτομα με πολύ χαμηλή πυκνότητα παρασίτων, τα γρήγορα διαγνωστικά τεστ αποτυγχάνουν παταγωδώς - μπορούν να ανιχνεύσουν μόνο υψηλότερες πυκνότητες παρασίτων."

Ο υπολογισμός της ευαισθησίας κάθε μεθόδου - ο αριθμός των αληθινών θετικών διαιρούμενος με τα αληθινά θετικά συν τα ψευδώς αρνητικά - έδειξε ότι οι συσκευές με βάση το χαρτί πέτυχαν ευαισθησία 96,5%, σε σύγκριση με 17% για τη μικροσκοπία και 43% για τα γρήγορα διαγνωστικά τεστ.

Σαράντα επτά από τα 266 δείγματα έδωσαν ένα ψευδώς θετικό αποτέλεσμα - και όλα επιβεβαιώθηκαν αρνητικά με μικροσκοπία. Η PCR, που θεωρείται η πιο ακριβής εξέταση, διέγνωσε και αυτά τα άτομα ως αρνητικά.

Ο Badu-Tawiah είπε ότι τα ψευδώς θετικά αποτελέσματα προκλήθηκαν από το διαφορετικό ιξώδες των δειγμάτων αίματος, το οποίο οδήγησε σε ανακατανομή των καναλιών αίματος κατά τη φάση της πλύσης. Η ομάδα τροποποίησε τη συσκευή για να εξηγήσει αυτήν την πιθανότητα.

Η Badu-Tawiah έχει ξεκινήσει συζητήσεις με την κυβέρνηση της Γκάνας για την εφαρμογή ενός προγράμματος δοκιμών.

"Είπαμε στους ανθρώπους ότι αυτό ήταν δυνατό το 2016 και στην πραγματικότητα πήγαμε στο πεδίο και το δοκιμάσαμε. Είναι πολλά υποσχόμενο", είπε. «Η τεχνολογία θα συμβαδίζει με τον εμβολιασμό και χρειάζεστε ένα ευαίσθητο εργαλείο για να το παραδώσετε».

Συνεργάζεται επίσης με κλινικούς γιατρούς της Πολιτείας του Οχάιο για να προσαρμόσουν τις συσκευές ώστε να ανιχνεύουν κινδύνους για καρκίνο του παχέος εντέρου και οξεία παγκρεατίτιδα.

«Έχω το σφυρί τώρα και θα μπορούσα να βάλω διαφορετικά καρφιά», είπε. «Απλώς πρέπει να αλλάξουμε το αντίσωμα για να το κάνουμε εφαρμόσιμο σε άλλες ασθένειες».

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Αλλεργιών και Λοιμωδών Νοσημάτων. Στους συγγραφείς περιλαμβάνονται οι Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia και James Odei από την Πολιτεία του Οχάιο και οι Abdul-Hakim Mutala και Kingsley Badu από το Πανεπιστήμιο του Kwame Nkrumah University and Technology στην Γκάνα.

Πηγές: