Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αριζόνα ανέπτυξαν μία επαναστατική διαγνωστική εξέταση που θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο ανιχνεύουμε γρήγορα και αξιόπιστα ασθένειες όπως η COVID-19, ο Έμπολα, το AIDS ή η νόσος του Lyme.
Η εξέταση χρησιμοποιεί μόνο μία σταγόνα αίματος, κοστίζει μερικά δολάρια και δίνει αποτελέσματα σε μόλις 15 λεπτά.
Σε μια νέα μελέτη, οι ερευνητές δείχνουν ότι η εξέταση μπορεί να ανιχνεύσει τον ιό που προκαλεί την COVID-19 με απόλυτη ακρίβεια, διακρίνοντάς τον σαφώς από άλλες λοιμώξεις.
Η νέα διαγνωστική συσκευή, που ονομάζεται NasRED (Nanoparticle-Supported Rapid Electronic Detection), είναι απλή και αρκετά φορητή ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν οπουδήποτε – από απομακρυσμένα αγροτικά ιατρεία έως πολυσύχναστα νοσοκομεία σε πόλεις. Η εξέταση έχει ακρίβεια εργαστηριακής ποιότητας χωρίς ακριβό εξοπλισμό και δεν απαιτεί εξειδικευμένη εκπαίδευση, γεγονός που του δίνει τη δυνατότητα να αλλάξει ριζικά τον τομέα της δημόσιας υγείας.
«Έχουμε την ταχύτητα και την ευκολία χρήσης ενός γρήγορου τεστ αντιγόνου με ευαισθησία που είναι ακόμη καλύτερη από τα τεστ που γίνονται σε εργαστήριο», λέει ο Chao Wang, κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης. «Αυτό είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθεί».
Ο Wang είναι αναπληρωτής καθηγητής στο Κέντρο Βιοσχεδιασμού για Μοριακό Σχεδιασμό και Βιομιμητική και στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, Μηχανικών Υπολογιστών και Ενέργειας του ASU.
Οι λοιμώδεις νόσοι είναι μία από τις πιο θανατηφόρες απειλές για την ανθρωπότητα, προκαλώντας τεράστια ταλαιπωρία και οικονομική ζημιά σε όλο τον κόσμο. Συνολικά, οι λοιμώδεις νόσοι προκαλούν πάνω από 10 εκατομμύρια θανάτους κάθε χρόνο σε όλο τον κόσμο και είναι η κύρια αιτία θανάτου σε χώρες με χαμηλό εισόδημα.
Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο BMJ Quality & Safety, σχεδόν 800.000 Αμερικανοί πεθαίνουν ή μένουν μόνιμα ανάπηροι κάθε χρόνο λόγω διαγνωστικών λαθών. Πολλές από αυτές τις περιπτώσεις αφορούν λοιμώξεις ή αγγειακά επεισόδια που θα μπορούσαν να είχαν θεραπευτεί αν είχαν διαγνωστεί έγκαιρα.
Σε πολλές χώρες χαμηλού και μεσαίου εισοδήματος, η πρόσβαση σε αξιόπιστες διαγνωστικές εξετάσεις είναι περιορισμένη ή ανύπαρκτη. Ο ακριβός εξοπλισμός, η έλλειψη εκπαιδευμένου προσωπικού και οι μεγάλοι χρόνοι αναμονής συμβάλλουν στην καθυστέρηση ή την παράλειψη διαγνώσεων, συχνά με θανατηφόρες συνέπειες.
Μια γρήγορη, προσιτή και φορητή εξέταση όπως το NasRED θα επέτρεπε στους υγειονομικούς υπαλλήλους πρώτης γραμμής σε όλο τον κόσμο να ανιχνεύουν έγκαιρα τις λοιμώξεις και να αντιδρούν πριν οι επιδημίες ξεφύγουν από τον έλεγχο.
Μια εντυπωσιακή διαγνωστική ανακάλυψη
Στον πυρήνα του νέου τεστ βρίσκονται μικροσκοπικά νανοσωματίδια χρυσού, σχεδιασμένα για να ανιχνεύουν εξαιρετικά μικρές ποσότητες πρωτεϊνών που σχετίζονται με ασθένειες. Οι ερευνητές επικαλύπτουν αυτά τα νανοσωματίδια με ειδικά μόρια σχεδιασμένα για την ανίχνευση συγκεκριμένων ασθενειών.
Ορισμένα νανοσωματίδια φέρουν αντισώματα, μικροσκοπικά μόρια που λειτουργούν σαν μαγνήτες. Τα αντισώματα προσκολλώνται στις πρωτεΐνες που απελευθερώνουν οι ιο Άλλα νανοσωματίδια μεταφέρουν αντιγόνα, θραύσματα πρωτεϊνών που λαμβάνονται απευθείας από τους ίδιους τους ιούς ή τα βακτήρια. Αυτά προσελκύουν φυσικά τα αντισώματα που παράγονται από τον οργανισμό για την καταπολέμηση των λοιμώξεων.
Μόλις επικαλυφθούν, αυτά τα νανοσωματίδια συνδυάζονται με ένα μικροσκοπικό δείγμα σωματικού υγρού, όπως μια σταγόνα αίματος, σάλιου ή ρινικού υγρού. Εάν υπάρχει ασθένεια, τα περισσότερα νανοσωματίδια θα βυθιστούν στον πυθμένα του σωλήνα. Εάν δεν υπάρχει ασθένεια, θα παραμείνουν αιωρούμενα σε όλο το υγρό.
Η συσκευή NasRED εκπέμπει μια μικρή δέσμη φωτός LED μέσω του υγρού στην κορυφή του σωλήνα. Η ομάδα κατασκεύασε έναν ειδικά σχεδιασμένο ηλεκτρονικό ανιχνευτή που ανιχνεύει πόσο φως διαπερνά τον σωλήνα. Περισσότερο φως σημαίνει ότι τα νανοσωματίδια έχουν βυθιστεί στον πυθμένα, αφήνοντας το υγρό στην κορυφή πιο διαυγές, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει ασθένεια.
Ακριβής, προσβάσιμη και οικονομική
Η συσκευή είναι τόσο ευαίσθητη που μπορεί να ανιχνεύσει ασθένειες ακόμη και όταν υπάρχουν μόνο μερικές εκατοντάδες μόρια σε ένα μικροσκοπικό δείγμα υγρού – μόλις ένα κλάσμα μιας σταγόνας. Αυτή η συγκέντρωση είναι σχεδόν 100.000 φορές χαμηλότερη από αυτή που απαιτούν οι τυπικές εργαστηριακές εξετάσεις.
Στην ελκυστικότητά της προστίθεται η φορητότητα και η προσιτή τιμή της NasRED. Οι τρέχουσες χρυσές προδιαγραφές για τις εξετάσεις, όπως η PCR ή η ELISA, απαιτούν ακριβό εξοπλισμό και εκπαιδευμένους τεχνικούς. Η NasRED είναι συμπαγής και φιλική προς τον χρήστη. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι κάθε εξέταση κοστίζει 2 δολάρια, γεγονός που την καθιστά ιδανική για χρήση σε περιοχές με περιορισμένους πόρους ή απομακρυσμένες περιοχές.
Η εξέταση NasRED έχει τη δυνατότητα να καλύψει ένα κρίσιμο διαγνωστικό κενό, ειδικά για ασθένειες που είναι δύσκολο να ανιχνευθούν νωρίς, όπως η ηπατίτιδα C, ο HIV ή η νόσος του Lyme. Είναι επίσης πολλά υποσχόμενη για αναδυόμενες επιδημίες με χαμηλή επικράτηση αλλά υψηλό κίνδυνο. Τέτοιες ασθένειες συχνά δεν διαγιγνώσκονται επειδή η διεξαγωγή εργαστηριακής εξέτασης για έναν ή δύο μόνο ασθενείς δεν είναι οικονομικά αποδοτική. Η NasRED γεφυρώνει αυτό το κενό προσφέροντας μια εξαιρετικά ευαίσθητη εξέταση που λειτουργεί άμεσα και οικονομικά στο σημείο περίθαλψης.
Με τη συνεχή ανάπτυξη, η τεχνολογία αυτή μπορεί μια μέρα να γίνει ένα βολικό τεστ για χρήση στο σπίτι, παρόμοιο με τα υπάρχοντα τεστ ταχείας διάγνωσης COVID-19. Ωστόσο, θα έχει πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία και ευρύτερες εφαρμογές.
Σημαντικό άλμα προς τα εμπρός στη διάγνωση
Η μελέτη δείχνει ότι η εξέταση NasRED είναι περίπου 3.000 φορές πιο ευαίσθητο από το σύστημα ELISA, απαιτεί 16 φορές λιγότερο όγκο δείγματος και παρέχει αποτελέσματα περίπου 30 φορές πιο γρήγορα.
Μια προηγούμενη έκδοση της τεχνολογίας ανίχνευσε τον ιό Έμπολα σε ένα μικροσκοπικό δείγμα αίματος. «Για τη νέα τεχνολογία, μειώσαμε την ευαισθησία στο εύρος των ατομομορίων», λέει ο Wang. Αυτό είναι σαν να ανιχνεύεις μια σταγόνα μελάνι σε 20 ολυμπιακές πισίνες.
Η τεχνολογία είναι πολλά υποσχόμενη για την ανίχνευση του ιικού φορτίου απευθείας από σωματικά υγρά χωρίς την περίπλοκη προετοιμασία δειγμάτων που χρησιμοποιείται στις μεθόδους που βασίζονται στην PCR. Σε προκαταρκτικές δοκιμές με πραγματικά σωματίδια κοροναϊού, το NasRED πέτυχε ευαισθησίες συγκρίσιμες με το Abbott ID NOW, ένα δημοφιλές μοριακό τεστ για πολλές ασθένειες όπως η COVID-19.
Καθώς, μάλιστα, η τεχνολογία εξελίσσεται, το φάσμα των εφαρμογών της μπορεί να επεκταθεί πέρα από τις μολυσματικές ασθένειες. Η έγκαιρη ανίχνευση καρκίνων, η παρακολούθηση χρόνιων ασθενειών σε πραγματικό χρόνο και η βελτιωμένη επιτήρηση των απειλών για τη δημόσια υγεία είναι πλέον εφικτή ως δυνατότητα.
