Papirnate naprave kažejo visoko natančnost pri odkrivanju asimptomatske malarije

Papirnate naprave kažejo visoko natančnost pri odkrivanju asimptomatske malarije

Naprave, ki uporabljajo poceni papirnate trakove, so presegle dve drugi metodi testiranja za odkrivanje okužb z malarijo pri asimptomatskih ljudeh v Gani – diagnostični napredek, ki bi lahko pospešil prizadevanja za odpravo bolezni, pravijo raziskovalci.

Naprave, ki so na videz varljivo preproste, olajšajo kemične reakcije med kapljico krvi in ​​molekulami, vdelanimi v plasti papirja, in se za postavitev diagnoze zanašajo na sofisticirane, a prenosne instrumente: meritev končnega produkta z masno spektrometrijo – v pozitivnih primerih antigen, specifičen za malarijo, ki sproži imunski sistem.

Običajno vzorec odnesete v laboratorij, zdaj pa na primer vzamemo laboratorij – nesem ga v Afriko, enega najbolj oddaljenih delov sveta, in tam opravim analizo. “

Abraham Badu-Tawiah, glavni avtor poročila o terenski študiji in profesor kemije in biokemije na univerzi Ohio State

"Vprašanje je bilo, ali lahko imamo občutljivo orodje, ki ga lahko dostavimo ljudem ne glede na to, kje so. Statistična analiza je pokazala, da je naša metoda 90-odstotno natančna in primerljiva s testom PCR. Je zelo dobra in te rezultate lahko dostavimo ljudem, ki jih najbolj potrebujejo."

Raziskava je bila nedavno objavljena vAnalitična kemija.

Malarijo povzročajo piki komarjev, ki prenašajo nalezljive parazite. Svetovna zdravstvena organizacija ocenjuje, da je imelo leta 2022 249 milijonov ljudi po vsem svetu malarijo, približno 608.000 pa jih je zaradi te bolezni umrlo. Preventivno cepivo je zdaj na voljo otrokom v Gani, kjer je bila leta 2011 okužena več kot četrtina prebivalstva, do leta 2022 pa 8,6 %.

Badu-Tawiah je prvič poročal o tem izumu leta 2016, ko je opisal napravo za testiranje doma ali na oddaljeni lokaciji z uporabo lahkih struktur, ki bi lahko ohranjale biološke vzorce stabilne več mesecev.

Čeprav se tehnologija že izpopolnjuje za odkrivanje drugih bolezni, je bila malarija glavna skrb Badu-Tawiaha – zlasti ker naraščajoče uživanje cepiva zmanjšuje naravno imunost prebivalstva, kar ustvarja potrebo po obsežnem nadzoru morebitnih okužb v podsaharski Afriki.

Od leta 2016 je Badu-Tawiahov laboratorij ustvaril 3D avtomatizacijski postopek za shranjevanje protiteles in ionov v napravi ter dodal multipripirano molekulo za ojačanje signala spojine za detekcijo z masno spektrometrijo, vendar je postopek izdelave naprave še vedno ročni. Listi papirja, ki sestavljajo plasti naprave – prevlečeni z voskastimi deli, ki ne prodrejo v kri – so posamično natisnjeni in stisnjeni skupaj z dvostranskim trakom. 25 naprav se prilega na liste velikosti 8×12 palcev.

Po nanosu se kri razdeli na štiri komore – dve kot pozitivna in negativna kontrola – in sproži kemične reakcije, ko prehaja skozi plasti. Kemiki so oblikovali ionske sonde za označevanje protiteles, ki ekstrahirajo antigen iz krvi in ​​ga v približno 10 minutah trajno postavijo na papir. Po pranju pufra se trakovi odluščijo in analizirajo pred ročnim masnim spektrometrom.

"Spektrometer meri maso spojine, ki nas zanima. Molekulska masa nam pove, če vidimo določeno maso, kar pomeni, da je antigen malarije v vaši krvi. To je da. Če ga ni, je to ne," je dejal Badu-Tawiah.

Rezultati so na voljo v približno 30 minutah, vendar lahko uporabljene naprave brez hladilnika shranite za nedoločen čas za kasnejšo analizo. Visoka stabilnost pomeni, da je po fazi pranja naprave mogoče prenesti v običajnih ovojnicah – zmožnost, ki povezuje ljudi z asimptomatskimi okužbami v najbolj oddaljenih regijah Afrike s središči, bogatimi z viri, drugod po svetu, brez tradicionalnih omejitev hladne verige.

Badu-Tawiah je več kot pet tednov leta 2022 v Gani testiral učinkovitost naprave pri 266 asimptomatskih prostovoljcih in njene rezultate primerjal s tremi drugimi najpogostejšimi metodami testiranja za trenutno diagnostično uporabo malarije: mikroskopski pregled krvnih celic, komercialno dostopni hitri diagnostični testi in PCR (verižna reakcija s polimerazo).

Ključni dejavnik pri testiranju ljudi brez simptomov je, da je Badu-Tawiah ugotovil, da je gostota parazitov v njihovi krvi verjetno nizka, ko so okuženi. To pomeni, da je za odkrivanje njihove prisotnosti potreben zelo občutljiv test.

Primerjava je pokazala, da ima mikroskopija, zlati standard v afriških bolnišnicah, najmanj natančne rezultate, ki nakazujejo le 24 pozitivnih primerov, hitri diagnostični testi pa so odkrili 63 okužb. PCR je odkril 142 pozitivnih primerov, papirnate naprave pa 184 pozitivnih.

"Mikroskopija deluje dobro, ko je oseba bolna in je v bolnišnici. Bili smo v skupnostih, kjer je bilo z mikroskopijo le 24 pozitivnih. Ta test nam pove, da je večina negativnih. To je velik problem," je dejal Badu-Tawiah. "Z uporabo bolj zapletene metode, kot je PCR, je skoraj 50 % ljudi bolnih, vendar nam mikroskopija ne more povedati. In pri ljudeh z zelo nizko gostoto parazitov so hitri diagnostični testi popolnoma neuspešni - odkrijejo lahko samo večjo gostoto parazitov."

Izračun občutljivosti vsake metode – število resničnih pozitivnih rezultatov, deljeno z resničnimi pozitivnimi in lažno negativnimi – je pokazal, da so naprave na papirni osnovi dosegle občutljivost 96,5 % v primerjavi s 17 % za mikroskopijo in 43 % za hitre diagnostične teste.

Sedeminštirideset od 266 vzorcev je dalo lažno pozitiven rezultat - vsi pa so bili z mikroskopom potrjeni kot negativni. PCR, ki velja za najbolj natančen test, je tudi te ljudi diagnosticiral kot negativne.

Badu-Tawiah je dejal, da je lažno pozitivne rezultate povzročila različna viskoznost vzorcev krvi, kar je povzročilo prerazporeditev krvnih kanalov med fazo pranja. Ekipa je spremenila napravo, da bi upoštevala to možnost.

Badu-Tawiah je začel pogovore z vlado Gane o izvajanju programa testiranja.

"Ljudem smo povedali, da je to mogoče leta 2016, in dejansko smo šli na teren in to preizkusili. Zelo je obetavno," je dejal. "Tehnologija bo šla z roko v roki s cepljenjem in za izvedbo potrebujete občutljivo orodje."

Sodeluje tudi s kliničnimi delavci zvezne države Ohio pri prilagajanju naprav za odkrivanje tveganj za raka debelega črevesa in akutnega pankreatitisa.

"Zdaj imam kladivo in lahko bi zabijal različne žeblje," je dejal. "Samo protitelo moramo spremeniti, da bo uporabno za druge bolezni."

To delo je podprl Nacionalni inštitut za alergije in nalezljive bolezni. Soavtorji so Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia in James Odei iz države Ohio ter Abdul-Hakim Mutala in Kingsley Badu z univerze Kwame Nkrumah University and Technology v Gani.

Viri: