Los dispositivos en papel demuestran una alta precisión en la detección de malaria asintomática

Los dispositivos en papel demuestran una alta precisión en la detección de malaria asintomática

Los dispositivos que utilizan tiras de papel baratas han superado a otros dos métodos de prueba para detectar infecciones de malaria en personas asintomáticas en Ghana: un avance de diagnóstico que podría acelerar los esfuerzos para eliminar la enfermedad, dicen los investigadores.

De apariencia aparentemente simple, los dispositivos facilitan reacciones químicas entre una gota de sangre y moléculas incrustadas en capas de papel y dependen de instrumentos sofisticados pero portátiles para hacer el diagnóstico: una medición por espectrometría de masas del producto final; en casos positivos, un antígeno específico de la malaria que activa el sistema inmunológico.

Normalmente se lleva la muestra al laboratorio, pero ahora la llevamos al laboratorio, por ejemplo: la llevo a África, una de las partes más remotas del mundo, y hago el análisis allí mismo. “

Abraham Badu-Tawiah, autor principal del informe del estudio de campo y profesor de química y bioquímica en la Universidad Estatal de Ohio.

"La pregunta era, ¿podemos tener una herramienta sensible que pueda ser entregada a las personas independientemente de dónde se encuentren? El análisis estadístico mostró que nuestro método tiene una precisión del 90% y es comparable a una prueba de PCR. Es muy bueno y podemos entregar estos resultados a las personas que más lo necesitan".

La investigación fue publicada recientemente enquímica analítica.

La malaria es causada por la picadura de mosquitos que transmiten parásitos infecciosos. La Organización Mundial de la Salud estima que 249 millones de personas en todo el mundo padecieron malaria en 2022 y alrededor de 608.000 murieron a causa de la enfermedad. Actualmente hay una vacuna preventiva disponible para los niños de Ghana, donde más de una cuarta parte de la población estaba infectada en 2011, frente al 8,6% en 2022.

Badu-Tawiah informó por primera vez sobre esta invención en 2016, describiendo un dispositivo para pruebas en el hogar o en ubicaciones remotas utilizando estructuras livianas que podrían mantener estables las muestras biológicas durante meses.

Aunque la tecnología ya se está perfeccionando para detectar otras enfermedades, la malaria era la principal preocupación de Badu-Tawiah, particularmente porque la creciente adopción de la vacuna reduce la inmunidad natural en la población, creando la necesidad de una vigilancia generalizada de posibles infecciones en el África subsahariana.

Desde 2016, el laboratorio de Badu-Tawiah ha creado un proceso de automatización 3D para almacenar anticuerpos e iones en el dispositivo y ha añadido una molécula multipripada para amplificar la señal del compuesto para su detección mediante espectrometría de masas, pero el proceso de fabricación del dispositivo sigue siendo manual. Las hojas de papel que componen las capas del dispositivo, recubiertas con secciones cerosas que no penetran la sangre, se imprimen individualmente y se presionan entre sí con cinta adhesiva de doble cara. En las hojas de 8×12 pulgadas caben 25 dispositivos.

Una vez aplicada, la sangre se divide en cuatro cámaras (dos como controles positivo y negativo) e induce reacciones químicas a medida que pasa a través de las capas. Los químicos diseñaron sondas iónicas para marcar anticuerpos que extraen el antígeno de la sangre y lo colocan permanentemente en el papel en unos 10 minutos. Después de un lavado con tampón, las tiras se separan y se analizan frente a un espectrómetro de masas portátil.

"El espectrómetro mide la masa del compuesto de interés. El peso molecular nos dice que si vemos una determinada masa, eso significa que el antígeno de la malaria está en la sangre. Eso es un sí. Si no está allí, es un no", dijo Badu-Tawiah.

Los resultados están disponibles en aproximadamente 30 minutos, pero los dispositivos usados ​​sin refrigeración también se pueden almacenar indefinidamente para análisis posteriores. La alta estabilidad significa que después de la fase de lavado, los dispositivos se pueden transferir en sobres comunes, una capacidad que conecta a personas con infecciones asintomáticas en las regiones más remotas de África con centros ricos en recursos en otras partes del mundo, sin las tradicionales restricciones de la cadena de frío.

Durante cinco semanas en 2022 en Ghana, Badu-Tawiah probó la eficacia del dispositivo en 266 voluntarios asintomáticos y comparó sus resultados con otros tres métodos de prueba más comunes para el uso actual de diagnóstico de malaria: examen microscópico de células sanguíneas, pruebas de diagnóstico rápido disponibles comercialmente y PCR (reacción en cadena de la polimerasa).

Un factor clave al realizar pruebas a personas sin síntomas es que Badu-Tawiah descubrió que es probable que la densidad de parásitos en la sangre sea baja cuando están infectadas. Esto significa que se requiere una prueba altamente sensible para detectar su presencia.

La comparación mostró que la microscopía, el estándar de oro en los hospitales africanos, tuvo los resultados menos precisos, indicando sólo 24 casos positivos, y las pruebas de diagnóstico rápido identificaron 63 infecciones. La PCR identificó 142 casos positivos y los dispositivos en papel identificaron 184 positivos.

"La microscopía funciona bien cuando la persona está enferma y en el hospital. Aquí hemos estado en comunidades donde sólo 24 dieron positivo con la microscopía. Esta prueba nos dice que la mayoría son negativos. Este es un gran problema", dijo Badu-Tawiah. "Utilizando un método más complejo como la PCR, casi el 50% de las personas están enfermas y, sin embargo, la microscopía no puede decirlo. Y en personas con densidades de parásitos muy bajas, las pruebas de diagnóstico rápido fallan estrepitosamente: sólo pueden detectar densidades de parásitos más altas".

El cálculo de la sensibilidad de cada método (el número de verdaderos positivos dividido por los verdaderos positivos más los falsos negativos) mostró que los dispositivos en papel alcanzaron una sensibilidad del 96,5%, en comparación con el 17% de la microscopía y el 43% de las pruebas de diagnóstico rápido.

Cuarenta y siete de 266 muestras dieron un resultado falso positivo y todas fueron confirmadas como negativas mediante microscopía. La PCR, considerada la prueba más precisa, también diagnosticó a estas personas como negativas.

Badu-Tawiah dijo que los resultados falsos positivos fueron causados ​​por la diferente viscosidad de las muestras de sangre, lo que provocó la redistribución de los canales sanguíneos durante la fase de lavado. El equipo modificó el dispositivo para tener en cuenta esta posibilidad.

Badu-Tawiah ha iniciado conversaciones con el gobierno de Ghana sobre la implementación de un programa de pruebas.

"Le dijimos a la gente que esto era posible en 2016 y, de hecho, salimos al campo y lo probamos. Es muy prometedor", dijo. "La tecnología irá de la mano de la vacunación y se necesita una herramienta sensible para lograrlo".

También está trabajando con médicos del estado de Ohio para adaptar los dispositivos para detectar riesgos de cáncer de colon y pancreatitis aguda.

“Ahora tengo el martillo y puedo clavar diferentes clavos”, dijo. "Solo necesitamos cambiar el anticuerpo para que sea aplicable a otras enfermedades".

Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas. Los coautores incluyen a Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar García y James Odei del estado de Ohio y Abdul-Hakim Mutala y Kingsley Badu de la Universidad y Tecnología de la Universidad de Kwame Nkrumah en Ghana.

Fuentes: