Paperipohjaiset laitteet osoittavat suurta tarkkuutta oireettoman malarian havaitsemisessa

Paperipohjaiset laitteet osoittavat suurta tarkkuutta oireettoman malarian havaitsemisessa

Halpoja paperiliuskoja käyttävät laitteet ovat ylittäneet kaksi muuta testimenetelmää malariainfektioiden havaitsemiseksi oireettomilla ihmisillä Ghanassa - diagnostinen edistysaskel, joka voi nopeuttaa ponnisteluja taudin poistamiseksi, tutkijat sanovat.

Ulkonäöltään petollisen yksinkertaiset laitteet helpottavat kemiallisia reaktioita veripisaran ja paperikerroksiin upotettujen molekyylien välillä ja luottavat diagnoosin tekemiseen kehittyneisiin mutta kannettaviin instrumentteihin: lopputuotteen massaspektrometrian mittaukseen – positiivisissa tapauksissa malariaspesifisen antigeenin, joka laukaisee immuunijärjestelmän.

Normaalisti otat näytteen laboratorioon, mutta nyt viemme laboratorion esimerkiksi - vien sen Afrikkaan, yhteen maailman kaukaisimmista osista, ja teen analyysin siellä. "

Abraham Badu-Tawiah, kenttätutkimusraportin johtava kirjoittaja ja kemian ja biokemian professori Ohion osavaltion yliopistossa

"Kysymys oli, onko meillä herkkä työkalu, joka voidaan toimittaa ihmisille heidän sijainnistaan ​​riippumatta. Tilastollinen analyysi osoitti, että menetelmämme on 90 % tarkka ja verrattavissa PCR-testiin. Se on erittäin hyvä ja voimme toimittaa nämä tulokset ihmisille, jotka tarvitsevat sitä eniten."

Tutkimus julkaistiin äskettäin vAnalyyttinen kemia.

Malarian aiheuttaa tarttuvia loisia levittävien hyttysten puremat. Maailman terveysjärjestön arvion mukaan 249 miljoonaa ihmistä maailmassa sairastui malariaan vuonna 2022 ja noin 608 000 kuoli tautiin. Ennaltaehkäisevä rokote on nyt saatavilla lapsille Ghanassa, jossa yli neljäsosa väestöstä sai tartunnan vuonna 2011, kun se vuonna 2022 oli 8,6 prosenttia.

Badu-Tawiah raportoi tästä keksinnöstä ensimmäisen kerran vuonna 2016, kun se kuvasi laitetta kotona tai etäpaikannustestaukseen käyttämällä kevyitä rakenteita, jotka voivat pitää biologiset näytteet vakaina kuukausia.

Vaikka tekniikkaa jalostetaan jo muiden sairauksien havaitsemiseksi, malaria oli Badu-Tawiahin suurin huolenaihe - varsinkin kun rokotteen lisääntyvä käyttö heikentää väestön luonnollista immuniteettia, mikä luo tarpeen laajalle valvonnalle mahdollisten infektioiden varalta Saharan eteläpuolisessa Afrikassa.

Vuodesta 2016 lähtien Badu-Tawiahin laboratorio on luonut 3D-automaatioprosessin vasta-aineiden ja ionien tallentamiseksi laitteeseen ja lisännyt monipripatoidun molekyylin yhdistesignaalin vahvistamiseksi massaspektrometrialla havaitsemista varten, mutta laitteen valmistusprosessi on edelleen manuaalinen. Laitteen kerrokset muodostavat paperiarkit, jotka on päällystetty vahamaisilla osilla, jotka eivät läpäise verta, painetaan yksitellen ja puristetaan yhteen kaksipuolisella teipillä. 25 laitetta mahtuu 8×12 tuuman arkeille.

Kun veri on levitetty, se jaetaan neljään kammioon - kahteen positiivisena ja negatiivisena kontrollina - ja aiheuttaa kemiallisia reaktioita, kun se kulkee kerrosten läpi. Kemistit suunnittelivat ioniset koettimet merkitsemään vasta-aineita, jotka erottavat antigeenin verestä ja asettavat sen pysyvästi paperille noin 10 minuutissa. Puskuripesun jälkeen nauhat kuoritaan erilleen ja analysoidaan kädessä pidettävän massaspektrometrin edessä.

"Spektrometri mittaa kiinnostavan yhdisteen massan. Molekyylipaino kertoo meille, jos näemme tietyn massan, se tarkoittaa, että malaria-antigeeni on veressäsi. Se on kyllä. Jos sitä ei ole, se on ei", Badu-Tawiah sanoi.

Tulokset ovat saatavilla noin 30 minuutissa, mutta käytettyjä laitteita ilman jäähdytystä voidaan myös varastoida toistaiseksi myöhempää analysointia varten. Korkea stabiilisuus tarkoittaa, että pesuvaiheen jälkeen laitteet voidaan siirtää tavallisissa kirjekuorissa - ominaisuus, joka yhdistää Afrikan syrjäisimmillä alueilla oireettomia infektioita sairastavat ihmiset resurssirikkaisiin keskuksiin muualla maailmassa ilman perinteisiä kylmäketjun rajoituksia.

Viiden viikon aikana vuonna 2022 Ghanassa Badu-Tawiah testasi laitteen tehokkuutta 266 oireettomalla vapaaehtoisella ja vertasi sen tuloksia kolmeen muuhun yleisimpään nykyisen malariadiagnostiikan testausmenetelmään: verisolujen mikroskooppiseen tutkimukseen, kaupallisesti saataviin pikadiagnostisiin testeihin ja PCR:ään (polymeraasiketjureaktio).

Avaintekijä oireettomien ihmisten testaamisessa on se, että Badu-Tawiah havaitsi, että heidän verensä loisten tiheys on todennäköisesti alhainen, kun he ovat saaneet tartunnan. Tämä tarkoittaa, että niiden läsnäolon havaitsemiseksi tarvitaan erittäin herkkä testi.

Vertailu osoitti, että afrikkalaisten sairaaloiden kultastandardi, mikroskopia, antoi vähiten tarkkoja tuloksia, osoitti vain 24 positiivista tapausta, ja nopeat diagnostiset testit tunnistivat 63 infektiota. PCR tunnisti 142 positiivista tapausta ja paperipohjaiset laitteet 184 positiivista.

"Mikroskopia toimii hyvin, kun henkilö on sairas ja sairaalassa. Täällä olemme olleet yhteisöissä, joissa vain 24 osoitti positiivisen mikroskoopin. Tämä testi kertoo meille, että suurin osa on negatiivisia. Tämä on suuri ongelma", Badu-Tawiah sanoi. "Käytettäessä monimutkaisempaa menetelmää, kuten PCR, lähes 50% ihmisistä on sairaita, mutta mikroskoopilla ei voida kertoa meille. Ja ihmisillä, joilla on erittäin alhainen loisten tiheys, nopeat diagnostiset testit epäonnistuvat surkeasti - ne voivat havaita vain korkeammat loistiheydet."

Kunkin menetelmän herkkyyden laskeminen - todellisten positiivisten tulosten lukumäärä jaettuna todellisilla positiivisilla plus väärillä negatiivisilla - osoitti, että paperipohjaiset laitteet saavuttivat 96,5 prosentin herkkyyden verrattuna 17 prosenttiin mikroskopiassa ja 43 prosenttiin pikadiagnostisissa testeissä.

Neljäkymmentäseitsemän 266 näytteestä antoi väärän positiivisen tuloksen - ja kaikki vahvistettiin negatiivisiksi mikroskopialla. PCR, jota pidettiin tarkimpana testinä, myös diagnosoi nämä ihmiset negatiivisiksi.

Badu-Tawiah sanoi, että väärät positiiviset tulokset johtuivat verinäytteiden erilaisesta viskositeetista, mikä johti verikanavien uudelleen jakautumiseen pesuvaiheen aikana. Tiimi muokkasi laitetta tämän mahdollisuuden huomioon ottamiseksi.

Badu-Tawiah on aloittanut keskustelut Ghanan hallituksen kanssa testausohjelman toteuttamisesta.

"Kerroimme ihmisille, että tämä oli mahdollista vuonna 2016, ja itse asiassa menimme kentälle ja testasimme sitä. Se on erittäin lupaavaa", hän sanoi. "Teknologia kulkee käsi kädessä rokotusten kanssa, ja tarvitset herkän työkalun toimittamiseen."

Hän työskentelee myös Ohion osavaltion kliinikon kanssa mukauttaakseen laitteita paksusuolen syövän ja akuutin haimatulehduksen riskien havaitsemiseksi.

"Minulla on nyt vasara ja voisin lyödä erilaisia ​​nauloja", hän sanoi. "Meidän on vain vaihdettava vasta-aine, jotta sitä voidaan soveltaa muihin sairauksiin."

Tätä työtä tuki National Institute of Allergy and Infectious Diseases. Yhteiskirjoittajia ovat Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia ja James Odei Ohion osavaltiosta sekä Abdul-Hakim Mutala ja Kingsley Badu Kwame Nkrumahin yliopistosta ja teknologiasta Ghanassa.

Lähteet: