Popieriaus prietaisai pasižymi dideliu tikslumu aptikdami besimptomę maliariją

Popieriaus prietaisai pasižymi dideliu tikslumu aptikdami besimptomę maliariją

Įrenginiai, naudojantys pigias popieriaus juosteles, pralenkė du kitus bandymo metodus, skirtus aptikti maliarijos infekcijas besimptomiams žmonėms Ganoje – tai diagnostikos pažanga, galinti paspartinti pastangas pašalinti ligą, teigia mokslininkai.

Apgaulingai paprasti prietaisai palengvina chemines reakcijas tarp kraujo lašo ir molekulių, įterptų į popieriaus sluoksnius, o diagnozei nustatyti naudojami sudėtingi, bet nešiojami instrumentai: galutinio produkto masės spektrometrijos matavimas – teigiamais atvejais – maliarijai būdingas antigenas, suaktyvinantis imuninę sistemą.

Paprastai mėginį nuneši į laboratoriją, bet dabar, pavyzdžiui, vežame laboratoriją – aš vežu jį į Afriką, vieną atokiausių pasaulio vietų, ir ten atlieku analizę. “

Abrahamas Badu-Tawiah, lauko tyrimo ataskaitos pagrindinis autorius ir Ohajo valstijos universiteto chemijos ir biochemijos profesorius

"Klausimas buvo, ar galime turėti jautrų įrankį, kuris gali būti pristatytas žmonėms, nepaisant jų buvimo vietos. Statistinė analizė parodė, kad mūsų metodas yra 90% tikslus ir palyginamas su PGR tyrimu. Jis yra labai geras ir mes galime pateikti šiuos rezultatus žmonėms, kuriems to labiausiai reikia."

Tyrimas neseniai buvo paskelbtas mAnalitinė chemija.

Maliariją sukelia įkandę uodai, platinantys infekcinius parazitus. Pasaulio sveikatos organizacija apskaičiavo, kad 2022 m. maliarija pasaulyje sirgo 249 milijonai žmonių, o nuo šios ligos mirė apie 608 000 žmonių. Prevencinė vakcina dabar prieinama vaikams Ganoje, kur daugiau nei ketvirtadalis gyventojų buvo užsikrėtę 2011 m., o 2022 m. jų buvo 8,6 proc.

Badu-Tawiah pirmą kartą apie šį išradimą pranešė 2016 m., aprašydamas prietaisą, skirtą namų ar nuotolinės vietos testavimui naudojant lengvas struktūras, kurios gali išlaikyti biologinius mėginius stabilius mėnesius.

Nors technologija jau tobulinama, kad būtų galima aptikti kitas ligas, maliarija buvo pagrindinis Badu-Tawiah rūpestis – ypač dėl to, kad didėjantis vakcinos įsisavinimas mažina natūralų gyventojų imunitetą, todėl Afrikoje į pietus nuo Sacharos reikia plačiai stebėti galimus infekcijas.

Nuo 2016 m. Badu-Tawiah laboratorija sukūrė 3D automatizavimo procesą, skirtą antikūnams ir jonams saugoti įrenginyje, ir pridėjo daugialypę molekulę, kad sustiprintų junginio signalą, kad būtų galima aptikti masės spektrometrijos būdu, tačiau įrenginio gamybos procesas vis dar vyksta rankiniu būdu. Popieriaus lapai, sudarantys prietaiso sluoksnius, padengti vaškinėmis dalimis, kurios neprasiskverbia į kraują, yra atspausdintos atskirai ir suspaudžiamos dvipuse juostele. 25 įrenginiai telpa ant 8 × 12 colių lapų.

Užtepus kraujas padalijamas į keturias kameras – dvi kaip teigiamą ir neigiamą kontrolę – ir, eidamas per sluoksnius, sukelia chemines reakcijas. Chemikai sukūrė joninius zondus, kad paženklintų antikūnus, kurie iš kraujo išskiria antigeną ir per maždaug 10 minučių visam laikui uždeda ant popieriaus. Po buferinio plovimo juostelės nulupamos ir analizuojamos prieš rankinį masės spektrometrą.

"Spektrometras matuoja dominančio junginio masę. Molekulinė masė mums parodo, ar matome tam tikrą masę, tai reiškia, kad maliarijos antigeno yra jūsų kraujyje. Tai yra taip. Jei jo nėra, tai ne", - sakė Badu-Tawiah.

Rezultatai pasiekiami maždaug per 30 minučių, tačiau naudoti prietaisai be šaldymo taip pat gali būti saugomi neribotą laiką, kad būtų galima atlikti analizę. Didelis stabilumas reiškia, kad po plovimo etapo prietaisus galima perkelti įprastuose vokuose – tai galimybė be tradicinių šalčio grandinės apribojimų sujungia žmones, sergančius besimptomėmis infekcijomis atokiausiuose Afrikos regionuose, į daug išteklių turinčius centrus kitur pasaulyje.

Per penkias savaites 2022 m. Ganoje Badu-Tawiah išbandė prietaiso veiksmingumą su 266 besimptomiais savanoriais ir palygino jo rezultatus su kitais trimis dažniausiai pasitaikančiais dabartinio maliarijos diagnostikos tyrimo metodais: mikroskopiniu kraujo ląstelių tyrimu, komerciniais greitosios diagnostikos tyrimais ir PGR (polimerazės grandinine reakcija).

Pagrindinis veiksnys tiriant žmones be simptomų yra tai, kad Badu-Tawiah nustatė, kad užsikrėtus parazitų kraujyje jų tankis gali būti mažas. Tai reiškia, kad norint nustatyti jų buvimą, reikalingas labai jautrus testas.

Palyginimas parodė, kad mikroskopijos, aukso standarto Afrikos ligoninėse, rezultatai buvo mažiausiai tikslūs – tik 24 teigiami atvejai, o greitieji diagnostiniai tyrimai nustatė 63 infekcijas. PGR nustatė 142 teigiamus atvejus, o popieriniai prietaisai nustatė 184 teigiamus atvejus.

"Mikroskopija gerai veikia, kai žmogus serga ir yra ligoninėje. Mes buvome bendruomenėse, kur tik 24 mikroskopu buvo nustatyti teigiami rezultatai. Šis testas mums rodo, kad dauguma jų yra neigiami. Tai yra didelė problema", - sakė Badu-Tawiah. "Naudojant sudėtingesnį metodą, pvz., PGR, beveik 50% žmonių serga, tačiau mikroskopija to negali pasakyti. O žmonėms, kurių parazitų tankis labai mažas, greiti diagnostikos testai apgailėtinai nepavyksta – jie gali aptikti tik didesnį parazitų tankį."

Skaičiuojant kiekvieno metodo jautrumą – tikrų teigiamų rezultatų skaičių padalijus iš tikrų teigiamų ir klaidingų neigiamų – paaiškėjo, kad popieriniai prietaisai pasiekė 96,5 % jautrumą, palyginti su 17 % mikroskopijos ir 43 % greitųjų diagnostinių testų atveju.

Keturiasdešimt septyni iš 266 mėginių davė klaidingai teigiamą rezultatą – visi buvo patvirtinti neigiami mikroskopu. PGR, laikomas tiksliausiu tyrimu, šiems žmonėms taip pat diagnozavo neigiamus.

Badu-Tawiah teigė, kad klaidingai teigiamus rezultatus lėmė skirtingas kraujo mėginių klampumas, dėl kurio plovimo fazės metu kraujo kanalai persiskirstė. Komanda modifikavo įrenginį, kad atsižvelgtų į šią galimybę.

Badu-Tawiah pradėjo diskusijas su Ganos vyriausybe dėl bandymų programos įgyvendinimo.

"Mes žmonėms pasakėme, kad tai įmanoma 2016 m., ir iš tikrųjų išėjome į lauką ir išbandėme. Tai labai perspektyvu", - sakė jis. „Technologijos eis koja kojon su vakcinacija, o jums reikia jautraus įrankio.

Jis taip pat dirba su Ohajo valstijos gydytojais, siekdamas pritaikyti prietaisus gaubtinės žarnos vėžio ir ūminio pankreatito rizikai nustatyti.

„Dabar turiu plaktuką ir galėčiau įkalti įvairias vinis“, – sakė jis. "Mes tiesiog turime pakeisti antikūną, kad jis būtų pritaikytas kitoms ligoms."

Šį darbą parėmė Nacionalinis alergijos ir infekcinių ligų institutas. Tarp bendraautorių yra Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia ir James Odei iš Ohajo valstijos bei Abdul-Hakim Mutala ir Kingsley Badu iš Kwame Nkrumah universiteto ir technologijos universiteto Ganoje.

Šaltiniai: