Urządzenia papierowe charakteryzują się dużą dokładnością w wykrywaniu bezobjawowej malarii

Urządzenia papierowe charakteryzują się dużą dokładnością w wykrywaniu bezobjawowej malarii

Urządzenia wykorzystujące tanie paski papieru mają lepsze wyniki niż dwie inne metody testowania w zakresie wykrywania infekcji malarią u bezobjawowych osób w Ghanie, co stanowi postęp diagnostyczny, który może przyspieszyć wysiłki mające na celu wyeliminowanie tej choroby – twierdzą naukowcy.

Zwodniczo proste w wyglądzie urządzenia ułatwiają reakcje chemiczne między kroplą krwi a cząsteczkami osadzonymi w warstwach papieru, a diagnozę opierają się na wyrafinowanych, ale przenośnych instrumentach: pomiarze spektrometrią mas produktu końcowego – w pozytywnych przypadkach antygenu specyficznego dla malarii, który uruchamia układ odpornościowy.

Zwykle zabiera się próbkę do laboratorium, ale teraz na przykład zabieramy laboratorium – zabieram ją do Afryki, jednej z najbardziej odległych części świata, i tam przeprowadzam analizę. „

Abraham Badu-Tawiah, główny autor raportu z badań terenowych oraz profesor chemii i biochemii na Ohio State University

„Pytanie brzmiało, czy możemy mieć czułe narzędzie, które można dostarczyć ludziom niezależnie od tego, gdzie się znajdują. Analiza statystyczna wykazała, że ​​nasza metoda jest w 90% dokładna i porównywalna z testem PCR. Jest bardzo dobra i możemy dostarczyć te wyniki osobom, które najbardziej tego potrzebują”.

Wyniki badań opublikowano niedawno wChemia analityczna.

Malaria wywoływana jest przez ukąszenia komarów, które przenoszą zakaźne pasożyty. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że w 2022 r. na malarię na całym świecie chorowało 249 milionów ludzi, a około 608 000 zmarło z jej powodu. Szczepionka zapobiegawcza jest obecnie dostępna dla dzieci w Ghanie, gdzie w 2011 r. zakażona została ponad jedna czwarta populacji, w porównaniu z 8,6% w 2022 r.

Badu-Tawiah po raz pierwszy zgłosiła ten wynalazek w 2016 roku, opisując urządzenie do testów w domu lub w zdalnej lokalizacji, wykorzystujące lekkie konstrukcje, które mogą utrzymać stabilność próbek biologicznych przez wiele miesięcy.

Chociaż technologia jest już udoskonalana pod kątem wykrywania innych chorób, głównym problemem Badu-Tawiaha była malaria, zwłaszcza że coraz częstsze przyjmowanie szczepionki zmniejsza naturalną odporność populacji, co stwarza potrzebę szerokiego nadzoru pod kątem potencjalnych infekcji w Afryce Subsaharyjskiej.

Od 2016 r. laboratorium Badu-Tawiaha stworzyło proces automatyzacji 3D do przechowywania przeciwciał i jonów w urządzeniu oraz dodało wieloprypowaną cząsteczkę w celu wzmocnienia sygnału złożonego na potrzeby detekcji za pomocą spektrometrii mas, ale proces produkcji urządzenia jest nadal ręczny. Arkusze papieru tworzące warstwy urządzenia – pokryte woskowymi fragmentami nie przenikającymi do krwi – są indywidualnie zadrukowywane i ściskane za pomocą dwustronnej taśmy. Na arkuszach 8×12 cali mieści się 25 urządzeń.

Po nałożeniu krew jest dzielona na cztery komory – dwie stanowiące kontrolę pozytywną i negatywną – i przechodzi przez warstwy, wywołując reakcje chemiczne. Chemicy zaprojektowali sondy jonowe do znakowania przeciwciał, które pobierają antygen z krwi i umieszczają go trwale na papierze w ciągu około 10 minut. Po przemyciu buforem paski oddziela się i analizuje przed ręcznym spektrometrem mas.

„Spektrometr mierzy masę badanego związku. Masa cząsteczkowa mówi nam, czy widzimy określoną masę, co oznacza, że ​​antygen malarii znajduje się we krwi. To tak. Jeśli go nie ma, to nie” – powiedziała Badu-Tawiah.

Wyniki są dostępne w ciągu około 30 minut, ale używane urządzenia bez lodówki można również przechowywać przez czas nieokreślony do późniejszej analizy. Wysoka stabilność oznacza, że ​​po fazie mycia urządzenia można przenosić w zwykłych kopertach – dzięki temu osoby z bezobjawowymi infekcjami w najbardziej odległych regionach Afryki z bogatymi w zasoby ośrodkami w innych częściach świata, bez tradycyjnych ograniczeń łańcucha chłodniczego.

W ciągu pięciu tygodni 2022 r. w Ghanie Badu-Tawiah przetestowała skuteczność urządzenia na 266 bezobjawowych ochotnikach i porównała jego wyniki z trzema innymi najpopularniejszymi metodami testowymi stosowanymi obecnie w diagnostyce malarii: badaniem mikroskopowym komórek krwi, dostępnymi na rynku szybkimi testami diagnostycznymi i PCR (reakcją łańcuchową polimerazy).

Kluczowym czynnikiem w badaniu osób bez objawów jest to, że Badu-Tawiah odkrył, że w przypadku zakażenia gęstość pasożytów we krwi jest prawdopodobnie niska. Oznacza to, że do wykrycia ich obecności wymagany jest bardzo czuły test.

Porównanie wykazało, że mikroskopia, złoty standard w afrykańskich szpitalach, dała najmniej dokładne wyniki, wskazując jedynie 24 pozytywne przypadki, a szybkie testy diagnostyczne wykazały 63 infekcje. PCR zidentyfikowało 142 pozytywne przypadki, a urządzenia papierowe zidentyfikowały 184 pozytywne.

„Mikroskopia działa dobrze, gdy dana osoba jest chora i przebywa w szpitalu. W tym przypadku byliśmy w społecznościach, w których tylko 24 osoby uzyskały wynik pozytywny pod mikroskopem. Z tego testu wynika, że ​​większość dała wynik negatywny. To duży problem” – stwierdziła Badu-Tawiah. „Dzięki bardziej złożonej metodzie, takiej jak PCR, prawie 50% ludzi jest chorych, a mimo to mikroskopia nie jest w stanie tego stwierdzić. Natomiast u osób z bardzo niskim zagęszczeniem pasożytów szybkie testy diagnostyczne kończą się niepowodzeniem – mogą wykryć jedynie większe zagęszczenie pasożytów”.

Obliczenie czułości każdej metody – liczba wyników prawdziwie pozytywnych podzielona przez wyniki prawdziwie pozytywne i fałszywie negatywne – wykazało, że urządzenia papierowe osiągnęły czułość na poziomie 96,5% w porównaniu z 17% w przypadku mikroskopii i 43% w przypadku szybkich testów diagnostycznych.

Czterdzieści siedem z 266 próbek dało wynik fałszywie dodatni, a mikroskopowo potwierdzono, że wszystkie były ujemne. PCR, uważany za najdokładniejszy test, również u tych osób zdiagnozował wynik negatywny.

Badu-Tawiah stwierdziła, że ​​fałszywie pozytywne wyniki były spowodowane różną lepkością próbek krwi, co doprowadziło do redystrybucji kanałów krwi w fazie mycia. Zespół zmodyfikował urządzenie, aby uwzględnić tę możliwość.

Badu-Tawiah rozpoczął rozmowy z rządem Ghany na temat wdrożenia programu testów.

„Powiedzieliśmy ludziom, że jest to możliwe w 2016 r., po czym wyszliśmy w teren i przetestowaliśmy to. To bardzo obiecujące” – powiedział. „Technologia będzie iść w parze ze szczepieniami, a do jej realizacji potrzebne będzie czułe narzędzie”.

Współpracuje także z lekarzami ze stanu Ohio nad przystosowaniem urządzeń do wykrywania ryzyka raka okrężnicy i ostrego zapalenia trzustki.

„Mam teraz młotek i mógłbym wbijać inne gwoździe” – powiedział. „Musimy tylko zmienić przeciwciało, aby można je było zastosować w przypadku innych chorób”.

Prace te wsparł Narodowy Instytut Alergii i Chorób Zakaźnych. Współautorami są Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia i James Odei ze stanu Ohio oraz Abdul-Hakim Mutala i Kingsley Badu z Uniwersytetu i Technologii Kwame Nkrumah w Ghanie.

Źródła: