Papīra ierīces demonstrē augstu precizitāti asimptomātiskas malārijas noteikšanā

Papīra ierīces demonstrē augstu precizitāti asimptomātiskas malārijas noteikšanā

Ierīces, kurās tiek izmantotas lētas papīra sloksnes, ir pārspējušas divas citas pārbaudes metodes malārijas infekciju noteikšanai asimptomātiskiem cilvēkiem Ganā - tas ir diagnostikas sasniegums, kas varētu paātrināt centienus novērst slimību, norāda pētnieki.

Pēc izskata maldinoši vienkāršas ierīces atvieglo ķīmiskās reakcijas starp asins pilienu un molekulām, kas iestrādātas papīra slāņos, un diagnozes noteikšanai izmanto sarežģītus, bet pārnēsājamus instrumentus: galaprodukta masas spektrometrijas mērījumu — pozitīvos gadījumos malārijai specifisku antigēnu, kas iedarbina imūnsistēmu.

Parasti jūs vedat paraugu uz laboratoriju, bet tagad mēs, piemēram, vedam laboratoriju — es to vedu uz Āfriku, vienu no attālākajām pasaules daļām, un tur veicu analīzi. "

Abraham Badu-Tawiah, lauka pētījuma ziņojuma vadošais autors un Ohaio štata universitātes ķīmijas un bioķīmijas profesors

"Jautājums bija, vai mums var būt jutīgs rīks, ko var piegādāt cilvēkiem neatkarīgi no viņu atrašanās vietas. Statistikas analīze parādīja, ka mūsu metode ir 90% precīza un salīdzināma ar PCR testu. Tā ir ļoti laba, un mēs varam piegādāt šos rezultātus cilvēkiem, kuriem tas visvairāk nepieciešams."

Pētījums nesen tika publicētsAnalītiskā ķīmija.

Malāriju izraisa odu kodumi, kas izplata infekciozus parazītus. Pasaules Veselības organizācija lēš, ka 2022. gadā visā pasaulē malārija bija 249 miljoniem cilvēku un aptuveni 608 000 cilvēku nomira no šīs slimības. Tagad bērniem Ganā ir pieejama profilaktiska vakcīna, kur vairāk nekā ceturtā daļa iedzīvotāju bija inficēti 2011. gadā, salīdzinot ar 8,6% 2022. gadā.

Badu-Tawiah pirmo reizi ziņoja par šo izgudrojumu 2016. gadā, aprakstot ierīci mājās vai attālinātas atrašanās vietas pārbaudei, izmantojot vieglas struktūras, kas varētu saglabāt bioloģiskos paraugus stabilus mēnešus.

Lai gan tehnoloģija jau tiek pilnveidota, lai atklātu citas slimības, malārija bija Badu-Tawiah galvenā problēma, jo īpaši tāpēc, ka pieaugošā vakcīnas uzņemšana samazina iedzīvotāju dabisko imunitāti, radot nepieciešamību plaši uzraudzīt iespējamās infekcijas Subsahāras Āfrikā.

Kopš 2016. gada Badu-Tawiah laboratorija ir izveidojusi 3D automatizācijas procesu, lai ierīcē uzglabātu antivielas un jonus, un ir pievienota daudzfunkcionāla molekula, lai pastiprinātu savienojuma signālu noteikšanai ar masas spektrometriju, taču ierīces ražošanas process joprojām ir manuāls. Papīra loksnes, kas veido ierīces slāņus, kas pārklātas ar vaskveida daļām, kas neiekļūst asinīs, tiek atsevišķi izdrukātas un saspiestas kopā ar abpusēju lenti. Uz 8 × 12 collu loksnēm var ievietot 25 ierīces.

Pēc uzklāšanas asinis tiek sadalītas četrās kamerās – divās kā pozitīvas un negatīvas kontroles – un, izejot cauri slāņiem, izraisa ķīmiskas reakcijas. Ķīmiķi izstrādāja jonu zondes, lai marķētu antivielas, kas ekstrahē antigēnu no asinīm un apmēram 10 minūšu laikā novieto to uz papīra. Pēc bufera mazgāšanas sloksnes atdala un analizē rokas masas spektrometra priekšā.

"Spektrometrs mēra interesējošā savienojuma masu. Molekulmasa mums norāda, ja mēs redzam noteiktu masu, tas nozīmē, ka malārijas antigēns ir jūsu asinīs. Tas ir jā. Ja tā nav, tas ir nē," sacīja Badu-Tavia.

Rezultāti ir pieejami aptuveni 30 minūšu laikā, bet lietotas ierīces bez ledusskapja var uzglabāt arī neierobežotu laiku vēlākai analīzei. Augstā stabilitāte nozīmē, ka pēc mazgāšanas fāzes ierīces var pārsūtīt parastos aploksnēs – šī iespēja savieno cilvēkus ar asimptomātiskām infekcijām visattālākajos Āfrikas reģionos uz resursiem bagātiem centriem citur pasaulē, bez tradicionālajiem aukstuma ķēdes ierobežojumiem.

Piecu nedēļu laikā 2022. gadā Ganā Badu-Tawiah pārbaudīja ierīces efektivitāti 266 asimptomātiskiem brīvprātīgajiem un salīdzināja tās rezultātus ar trim citām visbiežāk sastopamajām pārbaudes metodēm pašreizējai malārijas diagnostikas lietošanai: asins šūnu mikroskopiskā izmeklēšana, komerciāli pieejamie ātrās diagnostikas testi un PCR (polimerāzes ķēdes reakcija).

Galvenais faktors, pārbaudot cilvēkus bez simptomiem, ir tas, ka Badu-Tawiah atklāja, ka parazītu blīvums viņu asinīs, visticamāk, būs zems, kad viņi ir inficēti. Tas nozīmē, ka ir nepieciešams ļoti jutīgs tests, lai noteiktu to klātbūtni.

Salīdzinājums parādīja, ka mikroskopijas, kas ir zelta standarts Āfrikas slimnīcās, rezultāti bija vismazāk precīzi, norādot tikai 24 pozitīvus gadījumus, un ātrās diagnostikas testi atklāja 63 infekcijas. PCR identificēja 142 pozitīvus gadījumus, un papīra ierīces identificēja 184 pozitīvus gadījumus.

"Mikroskopija darbojas labi, kad cilvēks ir slims un atrodas slimnīcā. Šeit mēs esam bijuši kopienās, kur tikai 24 tika uzrādīti pozitīvi ar mikroskopiju. Šis tests mums parāda, ka lielākā daļa ir negatīvi. Tā ir liela problēma," sacīja Badu-Tavia. "Izmantojot sarežģītāku metodi, piemēram, PCR, gandrīz 50% cilvēku ir slimi, un tomēr mikroskopija to mums nevar pateikt. Un cilvēkiem ar ļoti zemu parazītu blīvumu ātrās diagnostikas testi izdodas nožēlojami - tie var noteikt tikai lielāku parazītu blīvumu."

Katras metodes jutīguma aprēķins — patieso pozitīvo rezultātu skaits, kas dalīts ar patiesajiem pozitīvajiem plus viltus negatīvajiem – parādīja, ka papīra ierīču jutība ir 96,5%, salīdzinot ar 17% mikroskopijai un 43% ātrās diagnostikas testiem.

Četrdesmit septiņi no 266 paraugiem sniedza kļūdaini pozitīvu rezultātu, un visi tika apstiprināti negatīvi ar mikroskopiju. PCR, kas tika uzskatīts par visprecīzāko testu, arī konstatēja, ka šie cilvēki ir negatīvi.

Badu-Tawiah sacīja, ka viltus pozitīvos rezultātus izraisīja atšķirīga asins paraugu viskozitāte, kas izraisīja asins kanālu pārdali mazgāšanas fāzes laikā. Komanda pārveidoja ierīci, lai ņemtu vērā šo iespēju.

Badu-Tawiah ir uzsācis diskusijas ar Ganas valdību par testēšanas programmas ieviešanu.

"Mēs teicām cilvēkiem, ka tas ir iespējams 2016. gadā, un mēs faktiski devāmies laukā un pārbaudījām to. Tas ir ļoti daudzsološi," viņš teica. "Tehnoloģijas ies roku rokā ar vakcināciju, un jums ir nepieciešams jutīgs rīks, lai to nodrošinātu."

Viņš arī strādā ar Ohaio štata ārstiem, lai pielāgotu ierīces, lai noteiktu resnās zarnas vēža un akūta pankreatīta risku.

"Man tagad ir āmurs, un es varētu iedzīt dažādas naglas," viņš teica. "Mums vienkārši jāmaina antiviela, lai tā būtu piemērota citām slimībām."

Šo darbu atbalstīja Nacionālais alerģijas un infekcijas slimību institūts. Līdzautori ir Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia un James Odei no Ohaio štata un Abdul-Hakim Mutala un Kingsley Badu no Kwame Nkrumah universitātes un tehnoloģiju universitātes Ganā.

Avoti: