Paberipõhised seadmed näitavad asümptomaatilise malaaria tuvastamisel suurt täpsust

Paberipõhised seadmed näitavad asümptomaatilise malaaria tuvastamisel suurt täpsust

Teadlased väidavad, et odavaid paberiribasid kasutavad seadmed on edestanud kahte teist testimismeetodit malaarianakkuste tuvastamiseks Ghana asümptomaatiliselt esinevatel inimestel – see on diagnostiline edusamm, mis võib kiirendada jõupingutusi haiguse kõrvaldamiseks.

Välimuselt petlikult lihtsad seadmed hõlbustavad keemilisi reaktsioone veretilga ja paberikihtidesse põimitud molekulide vahel ning tuginevad diagnoosi panemisel keerukatele, kuid kaasaskantavatele instrumentidele: lõpptoote massispektromeetriline mõõtmine – positiivsetel juhtudel malaariaspetsiifiline antigeen, mis käivitab immuunsüsteemi.

Tavaliselt viite proovi laborisse, aga praegu viime näiteks labori – ma viin selle Aafrikasse, maailma ühte kaugemasse kohta, ja teen seal analüüsi. “

Abraham Badu-Tawiah, väliuuringu aruande juhtiv autor ning Ohio osariigi ülikooli keemia ja biokeemia professor

"Küsimus oli selles, kas meil on tundlik tööriist, mida saab inimesteni toimetada olenemata nende asukohast. Statistiline analüüs näitas, et meie meetod on 90% täpne ja võrreldav PCR-testiga. See on väga hea ja me saame need tulemused edastada inimestele, kes seda kõige rohkem vajavad."

Uuring avaldati hiljuti aastalAnalüütiline keemia.

Malaaria on põhjustatud sääskede hammustustest, mis levitavad nakkuslikke parasiite. Maailma Terviseorganisatsiooni hinnangul oli 2022. aastal maailmas malaarias 249 miljonit inimest ja umbes 608 000 inimest suri sellesse haigusesse. Ghana, kus 2011. aastal nakatus üle veerandi elanikkonnast, lastele on nüüd saadaval ennetav vaktsiin, mis on 2022. aastaks 8,6%.

Badu-Tawiah teatas sellest leiutisest esmakordselt 2016. aastal, kirjeldades seadet kodus või kaugasukoha testimiseks, kasutades kergeid struktuure, mis suudavad hoida bioloogilisi proove stabiilsena kuude jooksul.

Kuigi tehnoloogiat muude haiguste tuvastamiseks juba täiustatakse, oli malaaria Badu-Tawiahi peamine mure – eriti seetõttu, et vaktsiini suurenev kasutuselevõtt vähendab elanikkonna loomulikku immuunsust, tekitades vajaduse Sahara-taguses Aafrikas võimalike nakkuste laialdase jälgimise järele.

Alates 2016. aastast on Badu-Tawiahi labor loonud 3D automatiseerimisprotsessi antikehade ja ioonide hoidmiseks seadmes ning lisanud multipripeeritud molekuli, et võimendada ühendi signaali massispektromeetria abil tuvastamiseks, kuid seadme tootmisprotsess on endiselt käsitsi. Seadme kihid moodustavad paberilehed, mis on kaetud vahakujuliste osadega, mis ei tungi verd, prinditakse eraldi ja pressitakse kokku kahepoolse teibiga. 8 × 12-tollistele lehtedele mahub 25 seadet.

Pärast pealekandmist jagatakse veri neljaks kambriks – kaks positiivse ja negatiivse kontrollina – ning kihte läbides kutsub see esile keemilised reaktsioonid. Keemikud kavandasid ioonsed sondid antikehade märgistamiseks, mis eraldavad antigeeni verest ja asetavad selle umbes 10 minuti jooksul püsivalt paberile. Pärast puhverpesu kooritakse ribad lahti ja analüüsitakse käeshoitava massispektromeetri ees.

"Spektromeeter mõõdab huvipakkuva ühendi massi. Molekulmass annab meile teada, kas me näeme teatud massi, tähendab see, et malaaria antigeen on teie veres. See on jah. Kui seda pole, on see ei," ütles Badu-Tawiah.

Tulemused on saadaval ligikaudu 30 minutiga, kuid kasutatud seadmeid ilma külmkapita saab ka lõputult säilitada hilisemaks analüüsiks. Kõrge stabiilsus tähendab, et pärast pesemisfaasi saab seadmeid üle kanda tavalistes ümbrikes – see on võimalus, mis ühendab asümptomaatilise infektsiooniga inimesed Aafrika kõige kaugemates piirkondades ressursirikastesse keskustesse mujal maailmas, ilma traditsiooniliste külmaahela piiranguteta.

2022. aastal Ghanas testis Badu-Tawiah seadme efektiivsust 2022. aastal viie nädala jooksul 266 asümptomaatilisel vabatahtlikul ja võrdles selle tulemusi kolme muu praeguse malaariadiagnostika kõige levinuma testimismeetodiga: vererakkude mikroskoopiline uurimine, kaubanduslikult saadavad kiirdiagnostika testid ja PCR (polümeraasi ahelreaktsioon).

Sümptomiteta inimeste testimise võtmetegur on see, et Badu-Tawiah leidis, et parasiitide tihedus nende veres on nakatumise korral tõenäoliselt madal. See tähendab, et nende olemasolu tuvastamiseks on vaja läbi viia ülitundlik test.

Võrdlus näitas, et mikroskoopia, Aafrika haiglate kullastandard, andis kõige vähem täpseid tulemusi, mis näitas ainult 24 positiivset juhtumit, ja kiirdiagnostika testid tuvastasid 63 infektsiooni. PCR tuvastas 142 positiivset juhtumit ja paberipõhised seadmed tuvastasid 184 positiivset juhtumit.

"Mikroskoopia toimib hästi, kui inimene on haige ja haiglas. Siin oleme olnud kogukondades, kus mikroskoopia näitas positiivset ainult 24 inimest. See test näitab, et enamik neist on negatiivsed. See on suur probleem," ütles Badu-Tawiah. "Keerulisemat meetodit nagu PCR kasutades on peaaegu 50% inimestest haiged ja ometi ei saa seda mikroskoopia abil meile öelda. Ja väga madala parasiitide tihedusega inimestel kukuvad kiirdiagnostika testid haledalt läbi – nende abil saab tuvastada vaid suuremat parasiitide tihedust."

Iga meetodi tundlikkuse arvutamine – tõeliste positiivsete arv jagatud tõeliste positiivsete pluss valenegatiivsete tulemustega – näitas, et paberil põhinevad seadmed saavutasid tundlikkuse 96,5%, võrreldes 17%-ga mikroskoopia ja 43%-ga kiirdiagnostiliste testide puhul.

266 proovist 47 andsid valepositiivse tulemuse ja kõik kinnitati mikroskoopiaga negatiivseks. Kõige täpsemaks testiks peetud PCR diagnoosis ka need inimesed negatiivseks.

Badu-Tawiah ütles, et valepositiivsed tulemused on põhjustatud vereproovide erinevast viskoossusest, mis viis verekanalite ümberjaotumiseni pesemisfaasis. Meeskond muutis seadet selle võimaluse arvessevõtmiseks.

Badu-Tawiah on alustanud arutelusid Ghana valitsusega testimisprogrammi rakendamise üle.

"Rääkisime inimestele, et see on võimalik 2016. aastal ja tegelikult läksime põllule ja katsetasime seda. See on väga paljutõotav," ütles ta. "Tehnoloogia käib käsikäes vaktsineerimisega ja tarnimiseks on vaja tundlikku tööriista."

Samuti teeb ta koostööd Ohio osariigi kliinikutega, et kohandada seadmeid käärsoolevähi ja ägeda pankreatiidi riskide tuvastamiseks.

"Mul on nüüd haamer ja ma võin lüüa erinevaid naelu," ütles ta. "Peame lihtsalt antikeha muutma, et see oleks rakendatav ka teiste haiguste puhul."

Seda tööd toetas riiklik allergia- ja nakkushaiguste instituut. Kaasautorite hulka kuuluvad Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia ja James Odei Ohio osariigist ning Abdul-Hakim Mutala ja Kingsley Badu Kwame Nkrumah ülikooli ja tehnoloogia ülikoolist Ghanas.

Allikad: