Papierové zariadenia vykazujú vysokú presnosť pri zisťovaní asymptomatickej malárie

Papierové zariadenia vykazujú vysokú presnosť pri zisťovaní asymptomatickej malárie

Zariadenia používajúce lacné papierové prúžky prekonali dve ďalšie testovacie metódy na zisťovanie infekcií malárie u asymptomatických ľudí v Ghane - diagnostický pokrok, ktorý by mohol urýchliť úsilie o odstránenie choroby, hovoria vedci.

Zariadenia, ktoré majú zdanlivo jednoduchý vzhľad, uľahčujú chemické reakcie medzi kvapkou krvi a molekulami uloženými vo vrstvách papiera a na stanovenie diagnózy sa spoliehajú na sofistikované, ale prenosné prístroje: meranie konečného produktu hmotnostnou spektrometriou – v pozitívnych prípadoch antigén špecifický pre maláriu, ktorý spúšťa imunitný systém.

Normálne vezmete vzorku do laboratória, ale teraz berieme napríklad laboratórium - beriem ju do Afriky, jednej z najodľahlejších častí sveta, a robím analýzu priamo tam. “

Abraham Badu-Tawiah, hlavný autor správy z terénnej štúdie a profesor chémie a biochémie na Ohio State University

"Otázka znela, či môžeme mať citlivý nástroj, ktorý je možné doručiť ľuďom bez ohľadu na to, kde sa nachádzajú. Štatistická analýza ukázala, že naša metóda je na 90 % presná a porovnateľná s testom PCR. Je veľmi dobrá a tieto výsledky vieme dodať ľuďom, ktorí to najviac potrebujú."

Výskum bol nedávno publikovaný v rAnalytická chémia.

Malária je spôsobená uštipnutím komármi, ktoré šíria infekčné parazity. Svetová zdravotnícka organizácia odhaduje, že v roku 2022 malo 249 miliónov ľudí na celom svete maláriu a približne 608 000 na túto chorobu zomrelo. Preventívna vakcína je teraz dostupná pre deti v Ghane, kde bola v roku 2011 infikovaná viac ako štvrtina populácie, čo je nárast z 8,6 % do roku 2022.

Badu-Tawiah prvýkrát ohlásil tento vynález v roku 2016 a opísal zariadenie na testovanie doma alebo na diaľku pomocou ľahkých štruktúr, ktoré by mohli udržať biologické vzorky stabilné celé mesiace.

Aj keď sa technológia už zdokonaľuje, aby odhalila ďalšie choroby, malária bola hlavným problémom Badu-Tawiah - najmä preto, že zvyšujúce sa používanie vakcíny znižuje prirodzenú imunitu v populácii, čo vytvára potrebu rozsiahleho dohľadu nad potenciálnymi infekciami v subsaharskej Afrike.

Od roku 2016 laboratórium Badu-Tawiah vytvorilo 3D automatizačný proces na ukladanie protilátok a iónov v zariadení a pridalo multipripovanú molekulu na zosilnenie signálu zlúčeniny na detekciu pomocou hmotnostnej spektrometrie, ale proces výroby zariadenia je stále manuálny. Papierové listy, ktoré tvoria vrstvy zariadenia – potiahnuté voskovými časťami, ktoré neprenikajú do krvi – sú jednotlivo vytlačené a zlisované obojstrannou páskou. Na hárky 8 × 12 palcov sa zmestí 25 zariadení.

Po aplikácii sa krv rozdelí do štyroch komôr – dve ako pozitívna a negatívna kontrola – a pri prechode vrstvami vyvoláva chemické reakcie. Chemici navrhli iónové sondy na označenie protilátok, ktoré extrahujú antigén z krvi a umiestnia ho natrvalo na papier do približne 10 minút. Po premytí pufrom sa prúžky oddelia a analyzujú pred ručným hmotnostným spektrometrom.

"Spektrometer meria hmotnosť zlúčeniny, ktorá je predmetom záujmu. Molekulová hmotnosť nám hovorí, že ak vidíme určitú hmotnosť, znamená to, že antigén malárie je vo vašej krvi. To je áno. Ak tam nie je, tak to nie je," povedal Badu-Tawiah.

Výsledky sú k dispozícii približne za 30 minút, ale použité zariadenia bez chladenia môžu byť tiež uložené na neurčito pre neskoršiu analýzu. Vysoká stabilita znamená, že po fáze prania je možné zariadenia preniesť v bežných obálkach – čo je schopnosť, ktorá spája ľudí s asymptomatickými infekciami v najodľahlejších oblastiach Afriky s centrami bohatými na zdroje inde vo svete, bez tradičných obmedzení chladiaceho reťazca.

Počas piatich týždňov v roku 2022 v Ghane Badu-Tawiah testoval účinnosť zariadenia na 266 asymptomatických dobrovoľníkoch a porovnával jeho výsledky s tromi ďalšími najbežnejšími testovacími metódami pre súčasné diagnostické použitie malárie: mikroskopické vyšetrenie krviniek, komerčne dostupné rýchle diagnostické testy a PCR (polymerázová reťazová reakcia).

Kľúčovým faktorom pri testovaní ľudí bez príznakov je, že Badu-Tawiah zistil, že hustota parazitov v ich krvi bude pravdepodobne nízka, keď sú infikovaní. To znamená, že na zistenie ich prítomnosti je potrebný vysoko citlivý test.

Porovnanie ukázalo, že mikroskopia, zlatý štandard v afrických nemocniciach, mala najmenej presné výsledky, indikovala len 24 pozitívnych prípadov a rýchle diagnostické testy identifikovali 63 infekcií. PCR identifikovala 142 pozitívnych prípadov a papierové zariadenia identifikovali 184 pozitívnych prípadov.

"Mikroskopia funguje dobre, keď je človek chorý a v nemocnici. Boli sme v komunitách, kde len 24 bolo pozitívnych mikroskopiou. Tento test nám hovorí, že väčšina je negatívna. To je veľký problém," povedal Badu-Tawiah. "Pomocou zložitejšej metódy, akou je PCR, je takmer 50 % ľudí chorých, a napriek tomu nám to mikroskopia nemôže povedať. A u ľudí s veľmi nízkou hustotou parazitov rýchle diagnostické testy zlyhávajú na plnej čiare - dokážu odhaliť len vyššiu hustotu parazitov."

Výpočet citlivosti každej metódy – počet skutočne pozitívnych výsledkov delený skutočnými pozitívnymi plus falošne negatívnymi výsledkami – ukázal, že zariadenia na papierovej báze dosiahli citlivosť 96,5 %, v porovnaní so 17 % pre mikroskopiu a 43 % pre rýchle diagnostické testy.

Štyridsaťsedem z 266 vzoriek poskytlo falošne pozitívny výsledok – a všetky boli mikroskopicky potvrdené ako negatívne. PCR, ktorá sa považuje za najpresnejší test, tiež diagnostikovala týchto ľudí ako negatívnych.

Badu-Tawiah povedal, že falošne pozitívne výsledky boli spôsobené rozdielnou viskozitou vzoriek krvi, čo viedlo k prerozdeleniu krvných kanálov počas fázy umývania. Tím upravil zariadenie, aby túto možnosť zohľadnil.

Badu-Tawiah začala diskutovať s vládou Ghany o implementácii testovacieho programu.

"Povedali sme ľuďom, že je to možné v roku 2016 a skutočne sme išli do terénu a otestovali to. Je to veľmi sľubné," povedal. "Technológia pôjde ruka v ruke s očkovaním a na to potrebujete citlivý nástroj."

Spolupracuje aj s lekármi zo štátu Ohio na prispôsobení zariadení na zisťovanie rizík rakoviny hrubého čreva a akútnej pankreatitídy.

"Teraz mám kladivo a mohol by som zatĺcť rôzne klince," povedal. "Potrebujeme len zmeniť protilátku, aby bola použiteľná aj na iné choroby."

Táto práca bola podporená Národným inštitútom pre alergie a infekčné choroby. Medzi spoluautorov patria Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia a James Odei zo štátu Ohio a Abdul-Hakim Mutala a Kingsley Badu z University of Kwame Nkrumah University and Technology v Ghane.

Zdroje: