Dispozitivele pe hârtie demonstrează o mare acuratețe în detectarea malariei asimptomatice

Dispozitivele pe hârtie demonstrează o mare acuratețe în detectarea malariei asimptomatice

Dispozitivele care utilizează benzi ieftine de hârtie au depășit alte două metode de testare pentru detectarea infecțiilor cu malarie la persoanele asimptomatice din Ghana - un progres de diagnostic care ar putea accelera eforturile de eliminare a bolii, spun cercetătorii.

Înșelător de simple în aparență, dispozitivele facilitează reacțiile chimice între o picătură de sânge și molecule încorporate în straturi de hârtie și se bazează pe instrumente sofisticate, dar portabile pentru a face diagnosticul: o măsurare prin spectrometrie de masă a produsului final - în cazuri pozitive, un antigen specific malariei care declanșează sistemul imunitar.

În mod normal, duci proba la laborator, dar acum luăm laboratorul, de exemplu - o duc în Africa, una dintre cele mai îndepărtate părți ale lumii, și fac analiza chiar acolo. „

Abraham Badu-Tawiah, autorul principal al raportului studiului de teren și profesor de chimie și biochimie la Universitatea de Stat din Ohio

"Întrebarea a fost dacă putem avea un instrument sensibil care să poată fi livrat oamenilor, indiferent de locul în care se află. Analiza statistică a arătat că metoda noastră este 90% precisă și comparabilă cu un test PCR. Este foarte bună și putem oferi aceste rezultate persoanelor care au cea mai mare nevoie de ele."

Cercetarea a fost publicată recent înChimie analitică.

Malaria este cauzată de mușcătura țânțarilor care răspândesc paraziți infecțioși. Organizația Mondială a Sănătății estimează că 249 de milioane de oameni din întreaga lume au avut malarie în 2022 și aproximativ 608.000 au murit din cauza bolii. Un vaccin preventiv este acum disponibil copiilor din Ghana, unde peste un sfert din populație a fost infectată în 2011, în creștere de la 8,6% până în 2022.

Badu-Tawiah a raportat pentru prima dată această invenție în 2016, descriind un dispozitiv pentru testarea la domiciliu sau la distanță, folosind structuri ușoare care ar putea menține probele biologice stabile luni de zile.

Deși tehnologia este deja în curs de perfecționare pentru a detecta alte boli, malaria a fost principala preocupare a lui Badu-Tawiah - mai ales că absorbția crescută a vaccinului reduce imunitatea naturală a populației, creând necesitatea unei supravegheri pe scară largă a potențialelor infecții în Africa sub-sahariană.

Din 2016, laboratorul lui Badu-Tawiah a creat un proces de automatizare 3D pentru a stoca anticorpi și ioni în dispozitiv și a adăugat o moleculă multipripată pentru a amplifica semnalul compus pentru detectarea prin spectrometrie de masă, dar procesul de fabricare a dispozitivului este încă manual. Foile de hârtie care alcătuiesc straturile dispozitivului - acoperite cu secțiuni cerate care nu pătrund în sânge - sunt imprimate individual și presate împreună cu bandă dublu fețe. Pe foile de 8×12 inch se potrivesc 25 de dispozitive.

Odată aplicat, sângele este împărțit în patru camere - două ca martor pozitiv și negativ - și induce reacții chimice pe măsură ce trece prin straturi. Chimiștii au proiectat sonde ionice pentru a eticheta anticorpii care extrag antigenul din sânge și îl plasează permanent pe hârtie în aproximativ 10 minute. După o spălare tampon, benzile sunt decojite și analizate în fața unui spectrometru de masă portabil.

„Spectrometrul măsoară masa compusului de interes. Greutatea moleculară ne spune că dacă vedem o anumită masă, înseamnă că antigenul malariei este în sângele dumneavoastră. Este un da. Dacă nu este acolo, este un nu”, a spus Badu-Tawiah.

Rezultatele sunt disponibile în aproximativ 30 de minute, dar dispozitivele folosite fără refrigerare pot fi, de asemenea, păstrate pe termen nelimitat pentru analize ulterioare. Stabilitatea ridicată înseamnă că, după faza de spălare, dispozitivele pot fi transferate în plicuri obișnuite - o capacitate care conectează persoanele cu infecții asimptomatice din cele mai îndepărtate regiuni ale Africii la centre bogate în resurse din alte părți ale lumii, fără restricții tradiționale ale lanțului de frig.

Pe parcursul a cinci săptămâni în 2022, în Ghana, Badu-Tawiah a testat eficacitatea dispozitivului la 266 de voluntari asimptomatici și a comparat rezultatele acestuia cu alte trei metode de testare cele mai comune pentru utilizarea curentă a malariei: examinarea microscopică a celulelor sanguine, teste de diagnostic rapid disponibile comercial și PCR (reacție în lanț a polimerazei).

Un factor cheie în testarea persoanelor fără simptome este că Badu-Tawiah a descoperit că densitatea paraziților din sângele lor este probabil să fie scăzută atunci când sunt infectați. Aceasta înseamnă că este necesar un test extrem de sensibil pentru a detecta prezența lor.

Comparația a arătat că microscopia, standardul de aur în spitalele africane, a avut cele mai puțin precise rezultate, indicând doar 24 de cazuri pozitive, iar testele rapide de diagnosticare au identificat 63 de infecții. PCR a identificat 142 de cazuri pozitive, iar dispozitivele pe hârtie au identificat 184 de cazuri pozitive.

"Microscopia funcționează bine atunci când persoana este bolnavă și în spital. Aici am fost în comunități în care doar 24 au fost pozitive la microscopie. Acest test ne spune că majoritatea sunt negative. Aceasta este o mare problemă", a spus Badu-Tawiah. „Folosind o metodă mai complexă precum PCR, aproape 50% dintre oameni sunt bolnavi și, totuși, microscopia nu ne poate spune. Și la persoanele cu densități foarte scăzute de paraziți, testele de diagnosticare rapide eșuează lamentabil – pot detecta doar densități mai mari de paraziți”.

Calcularea sensibilității fiecărei metode - numărul de pozitive adevărate împărțit la pozitive adevărate plus negative false - a arătat că dispozitivele pe hârtie au atins o sensibilitate de 96,5%, comparativ cu 17% pentru microscopie și 43% pentru testele de diagnosticare rapidă.

Patruzeci și șapte din 266 de probe au dat un rezultat fals pozitiv - și toate au fost confirmate negative prin microscopie. PCR, considerat cel mai precis test, a diagnosticat și aceste persoane ca fiind negative.

Badu-Tawiah a spus că rezultatele fals pozitive au fost cauzate de vâscozitatea diferită a probelor de sânge, ceea ce a dus la redistribuirea canalelor de sânge în timpul fazei de spălare. Echipa a modificat dispozitivul pentru a ține cont de această posibilitate.

Badu-Tawiah a început discuții cu guvernul Ghanei despre implementarea unui program de testare.

"Le-am spus oamenilor că acest lucru este posibil în 2016 și am intrat de fapt pe teren și l-am testat. Este foarte promițător", a spus el. „Tehnologia va merge mână în mână cu vaccinarea și aveți nevoie de un instrument sensibil pentru a oferi.”

El lucrează, de asemenea, cu medicii din Ohio State pentru a adapta dispozitivele pentru a detecta riscurile de cancer de colon și pancreatită acută.

„Am ciocanul acum și aș putea să bag diferite cuie”, a spus el. „Trebuie doar să schimbăm anticorpul pentru a-l face aplicabil altor boli.”

Această activitate a fost susținută de Institutul Național de Alergie și Boli Infecțioase. Printre coautorii se numără Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia și James Odei din Ohio State și Abdul-Hakim Mutala și Kingsley Badu de la Universitatea Kwame Nkrumah University and Technology din Ghana.

Surse: