I dispositivi cartacei dimostrano un’elevata precisione nel rilevamento della malaria asintomatica

I dispositivi cartacei dimostrano un’elevata precisione nel rilevamento della malaria asintomatica

I dispositivi che utilizzano strisce di carta economiche hanno sovraperformato altri due metodi di test per rilevare le infezioni da malaria in persone asintomatiche in Ghana: un progresso diagnostico che potrebbe accelerare gli sforzi per eliminare la malattia, dicono i ricercatori.

Apparentemente semplici in apparenza, i dispositivi facilitano le reazioni chimiche tra una goccia di sangue e le molecole incorporate in strati di carta e si basano su strumenti sofisticati ma portatili per fare la diagnosi: una misurazione tramite spettrometria di massa del prodotto finale – in casi positivi, un antigene specifico della malaria che attiva il sistema immunitario.

Normalmente si porta il campione in laboratorio, ma ora prendiamo il laboratorio, per esempio: lo porto in Africa, una delle parti più remote del mondo, e faccio l'analisi proprio lì. “

Abraham Badu-Tawiah, autore principale del rapporto sullo studio sul campo e professore di chimica e biochimica presso la Ohio State University

"La domanda era: possiamo avere uno strumento sensibile che possa essere fornito alle persone indipendentemente da dove si trovino. L'analisi statistica ha dimostrato che il nostro metodo è accurato al 90% e paragonabile a un test PCR. È molto buono e possiamo fornire questi risultati alle persone che ne hanno più bisogno."

La ricerca è stata recentemente pubblicata inChimica analitica.

La malaria è causata dalla puntura delle zanzare che diffondono parassiti infettivi. L’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che nel 2022 249 milioni di persone in tutto il mondo abbiano contratto la malaria e che circa 608.000 siano morte a causa della malattia. Un vaccino preventivo è ora disponibile per i bambini in Ghana, dove oltre un quarto della popolazione è stata infettata nel 2011, rispetto all’8,6% nel 2022.

Badu-Tawiah ha segnalato per la prima volta questa invenzione nel 2016, descrivendo un dispositivo per test a casa o in luoghi remoti utilizzando strutture leggere in grado di mantenere stabili i campioni biologici per mesi.

Sebbene la tecnologia sia già in fase di perfezionamento per rilevare altre malattie, la malaria era la principale preoccupazione di Badu-Tawiah, soprattutto perché la crescente diffusione del vaccino riduce l’immunità naturale nella popolazione, creando la necessità di una sorveglianza diffusa per potenziali infezioni nell’Africa sub-sahariana.

Dal 2016, il laboratorio di Badu-Tawiah ha creato un processo di automazione 3D per immagazzinare anticorpi e ioni nel dispositivo e ha aggiunto una molecola multipripata per amplificare il segnale del composto per il rilevamento mediante spettrometria di massa, ma il processo di produzione del dispositivo è ancora manuale. I fogli di carta che compongono gli strati del dispositivo, rivestiti con sezioni cerose che non penetrano nel sangue, vengono stampati individualmente e pressati insieme con nastro biadesivo. Sui fogli da 8×12 pollici si adattano 25 dispositivi.

Una volta applicato, il sangue viene diviso in quattro camere - due come controllo positivo e negativo - e induce reazioni chimiche mentre passa attraverso gli strati. I chimici hanno progettato sonde ioniche per etichettare gli anticorpi che estraggono l'antigene dal sangue e lo posizionano permanentemente sulla carta entro circa 10 minuti. Dopo un lavaggio con tampone, le strisce vengono staccate e analizzate davanti a uno spettrometro di massa portatile.

"Lo spettrometro misura la massa del composto di interesse. Il peso molecolare ci dice se vediamo una certa massa, ciò significa che l'antigene della malaria è nel sangue. Questo è un sì. Se non è lì, è un no", ha detto Badu-Tawiah.

I risultati sono disponibili in circa 30 minuti, ma i dispositivi usati senza refrigerazione possono anche essere conservati a tempo indeterminato per analisi successive. L’elevata stabilità significa che, dopo la fase di lavaggio, i dispositivi possono essere trasferiti in normali buste, una capacità che collega le persone con infezioni asintomatiche nelle regioni più remote dell’Africa ai centri ricchi di risorse in altre parti del mondo, senza le tradizionali restrizioni della catena del freddo.

Per cinque settimane nel 2022 in Ghana, Badu-Tawiah ha testato l’efficacia del dispositivo su 266 volontari asintomatici e ha confrontato i suoi risultati con altri tre metodi di test più comuni per l’attuale uso diagnostico della malaria: esame microscopico delle cellule del sangue, test diagnostici rapidi disponibili in commercio e PCR (reazione a catena della polimerasi).

Un fattore chiave nel testare le persone senza sintomi è che Badu-Tawiah ha scoperto che la densità dei parassiti nel sangue è probabile che sia bassa quando sono infette. Ciò significa che è necessario un test altamente sensibile per rilevarne la presenza.

Il confronto ha mostrato che la microscopia, il gold standard negli ospedali africani, ha dato i risultati meno accurati, indicando solo 24 casi positivi, e i test diagnostici rapidi hanno identificato 63 infezioni. La PCR ha identificato 142 casi positivi e i dispositivi cartacei hanno identificato 184 positivi.

"La microscopia funziona bene quando la persona è malata e in ospedale. Qui siamo stati in comunità dove solo 24 persone sono risultate positive al microscopio. Questo test ci dice che la maggioranza è negativa. Questo è un grosso problema", ha detto Badu-Tawiah. "Utilizzando un metodo più complesso come la PCR, quasi il 50% delle persone è malata, eppure la microscopia non può dircelo. E nelle persone con densità di parassiti molto basse, i test diagnostici rapidi falliscono miseramente: possono solo rilevare densità di parassiti più elevate."

Calcolando la sensibilità di ciascun metodo – il numero di veri positivi diviso per veri positivi più falsi negativi – è emerso che i dispositivi cartacei hanno raggiunto una sensibilità del 96,5%, rispetto al 17% per la microscopia e al 43% per i test diagnostici rapidi.

Quarantasette campioni su 266 hanno dato un risultato falso positivo e tutti sono stati confermati negativi al microscopio. Anche la PCR, considerata il test più accurato, ha diagnosticato la negatività di queste persone.

Badu-Tawiah ha affermato che i risultati falsi positivi sono stati causati dalla diversa viscosità dei campioni di sangue, che ha portato alla ridistribuzione dei canali del sangue durante la fase di lavaggio. Il team ha modificato il dispositivo per tenere conto di questa possibilità.

Badu-Tawiah ha avviato discussioni con il governo del Ghana sull'implementazione di un programma di test.

"Abbiamo detto alla gente che ciò era possibile nel 2016 e siamo andati sul campo e l'abbiamo testato. È molto promettente", ha affermato. “La tecnologia andrà di pari passo con la vaccinazione e per realizzarla è necessario uno strumento sensibile”.

Sta anche lavorando con i medici dello stato dell’Ohio per adattare i dispositivi per rilevare i rischi di cancro al colon e pancreatite acuta.

"Ora ho il martello e potrei piantare chiodi diversi", ha detto. “Dobbiamo solo cambiare l’anticorpo per renderlo applicabile ad altre malattie”.

Questo lavoro è stato sostenuto dall’Istituto Nazionale delle Allergie e delle Malattie Infettive. I coautori includono Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia e James Odei dell'Ohio State e Abdul-Hakim Mutala e Kingsley Badu dell'Università di Kwame Nkrumah University and Technology in Ghana.

Fonti: