纸质设备在检测无症状疟疾方面表现出很高的准确性

纸质设备在检测无症状疟疾方面表现出很高的准确性

研究人员表示，使用廉价纸条的设备在检测加纳无症状人群的疟疾感染方面优于其他两种检测方法，这一诊断进步可能会加速消除这种疾病的努力。

这些设备看似简单，但它促进一滴血和嵌入纸层中的分子之间的化学反应，并依靠复杂但便携式的仪器来进行诊断：对最终产品进行质谱测量——在阳性情况下，是一种触发免疫系统的疟疾特异性抗原。

通常情况下，您会将样本带到实验室，但现在我们将实验室带到实验室，例如 - 我将其带到非洲，世界上最偏远的地区之一，并在那里进行分析。 “

Abraham Badu-Tawiah，现场研究报告的主要作者、俄亥俄州立大学化学和生物化学教授

“问题是，我们能否拥有一种敏感的工具，可以提供给人们，无论他们身在何处。统计分析表明，我们的方法准确度为 90%，与 PCR 测试相当。这非常好，我们可以将这些结果提供给最需要的人。”

该研究最近发表在分析化学。

疟疾是由传播传染性寄生虫的蚊子叮咬引起的。世界卫生组织估计，2022 年全球有 2.49 亿人患有疟疾，约 60.8 万人死于该病。加纳儿童现已可以接种预防性疫苗，2011 年该国有超过四分之一的人口受到感染，而到 2022 年，该比例为 8.6%。

Badu-Tawiah 于 2016 年首次报道了这项发明，描述了一种使用轻质结构进行家庭或远程位置测试的设备，可以使生物样本保持稳定数月。

尽管这项技术已经被改进以检测其他疾病，但疟疾仍然是Badu-Tawiah最关心的问题——特别是随着疫苗使用量的增加降低了人群的自然免疫力，从而需要对撒哈拉以南非洲地区的潜在感染进行广泛监测。

自 2016 年以来，Badu-Tawiah 的实验室创建了一个 3D 自动化流程，用于在设备中存储抗体和离子，并添加多重分子来放大化合物信号，以便通过质谱检测，但设备制造过程仍然是手动的。构成该设备各层的纸张（涂有不会渗透血液的蜡质部分）是单独打印并用双面胶带压在一起的。 8×12 英寸的纸张上可容纳 25 个设备。

一旦应用，血液就会被分成四个室——两个作为阳性和阴性对照——并在穿过各层时引发化学反应。化学家设计了离子探针来标记抗体，从血液中提取抗原，并在大约 10 分钟内将其永久地放置在纸上。缓冲液清洗后，将条带剥离并在手持式质谱仪前进行分析。

“光谱仪测量感兴趣的化合物的质量。分子量告诉我们，如果我们看到一定的质量，这意味着疟疾抗原存在于你的血液中。这是肯定的。如果不存在，那就是不，”Badu-Tawiah 说。

大约 30 分钟即可得出结果，但未冷藏的旧设备也可以无限期保存以供以后分析。高稳定性意味着在清洗阶段之后，这些设备可以用普通信封转移——这种能力可以将非洲最偏远地区的无症状感染者与世界其他资源丰富的中心连接起来，而无需传统的冷链限制。

2022 年，Badu-Tawiah 在加纳用了五周的时间对 266 名无症状志愿者测试了该设备的有效性，并将其结果与当前疟疾诊断使用的其他三种最常见的测试方法进行了比较：血细胞显微镜检查、市售快速诊断测试和 PCR（聚合酶链式反应）。

对无症状人群进行检测的一个关键因素是，Badu-Tawiah 发现，当他们被感染时，他们血液中的寄生虫密度可能较低。这意味着需要进行高度灵敏的测试来检测它们的存在。

比较显示，非洲医院的金标准显微镜检查结果最不准确，仅显示 24 例阳性病例，而快速诊断测试发现了 63 例感染。 PCR 发现了 142 例阳性病例，纸质设备发现了 184 例阳性病例。

“当病人生病或住院时，显微镜检查效果很好。在我们所在的社区，只有 24 人的显微镜检查结果呈阳性。这项测试告诉我们，大多数人呈阴性。这是一个大问题，”Badu-Tawiah 说。 “使用 PCR 等更复杂的方法，几乎​​ 50% 的人都生病了，但显微镜无法告诉我们。对于寄生虫密度非常低的人，快速诊断测试会严重失败 - 它们只能检测到较高的寄生虫密度。”

计算每种方法的灵敏度（真阳性数量除以真阳性加假阴性）表明，纸质设备的灵敏度为 96.5%，而显微镜检测的灵敏度为 17%，快速诊断测试的灵敏度为 43%。

266 个样本中的 47 个样本给出了假阳性结果，并且所有样本均通过显微镜确认为阴性。 PCR被认为是最准确的测试，也将这些人诊断为阴性。

Badu-Tawiah表示，假阳性结果是由于血液样本的粘度不同，导致清洗阶段的血液通道重新分布造成的。该团队修改了设备以解决这种可能性。

Badu-Tawiah 已开始与加纳政府讨论实施测试计划。

“我们在 2016 年就告诉人们这是可能的，我们实际上进入了该领域并进行了测试。它非常有前途，”他说。 “技术将与疫苗接种齐头并进，你需要一个敏感的工具来实现。”

他还与俄亥俄州立大学的临床医生合作，改造这些设备来检测结肠癌和急性胰腺炎的风险。

“我现在有了锤子，我可以钉不同的钉子，”他说。 “我们只需要改变抗体，使其适用于其他疾病。”

这项工作得到了国家过敏和传染病研究所的支持。合著者包括来自俄亥俄州立大学的 Ayesha Seth、Suji Lee、Girish Muralikrishnan、Edgar Garcia 和 James Odei，以及来自加纳夸梅恩克鲁玛大学科技大学的 Abdul-Hakim Mutala 和 Kingsley Badu。

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