Μεγάλες επιδημίες, συμπεριλαμβανομένων του SARS, του Ζίκα και του Έμπολα, και πανδημίες όπως ο H1N1 και ο COVID-19 έχουν κυριεύσει τον κόσμο τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Καθώς τα κρούσματα μολυσματικών ασθενειών εμφανίζονται με αυξανόμενη τακτική, η ανάγκη επέκτασης της ικανότητας ιικών διαγνωστικών και δοκιμών επιτήρησης για τον περιορισμό των επιδημιών και την πρόληψη των πανδημιών γίνεται προοδευτικά εμφανής. Ερευνητές με επικεφαλής τον Ντίνο Ντι Κάρλο και Σαμ Εμαμινετζάντ από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Λος Άντζελες (UCLA) έχουν αναπτύξει τώρα ένα φορητό διαγνωστικό τεστ για ιούς που βασίζεται σε ένα σμήνος μαγνητών μεγέθους χιλιοστού (που ονομάζονται "ferrobots"). Η τεχνολογία θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά την απόδοση των δοκιμών ασθενειών, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα το κόστος και τη χρήση σπάνιων προμηθειών.
Περιγραφή του κιτ διαγνωστικού εργαστηρίου στο Φύση, οι ερευνητές περιγράφουν την αρχή λειτουργίας και την προσαρμοστικότητα της πλατφόρμας για πολυπλεξία και ομαδοποιημένες δοκιμές ιών. Αναφέρουν επίσης αποτελέσματα από μια κλινική μελέτη που χρησιμοποιεί δείγματα από άτομα με συμπτώματα COVID-19. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των δοκιμών χρησιμοποιώντας το εργαστηριακό κιτ με τα ίδια δείγματα που δοκιμάστηκαν για COVID-19 χρησιμοποιώντας τη δοκιμασία χρυσού προτύπου αντίστροφης μεταγραφής-αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης (RT-PCR) αποκάλυψε ευαισθησία δοκιμής 98% και ειδικότητα 100%.
Ξεπερνώντας τις ελλείψεις εφοδιασμού και μείωση του κόστους
Μεταξύ των επιλογών για ιικές διαγνωστικές και δοκιμές επιτήρησης, οι δοκιμές ενίσχυσης νουκλεϊκού οξέος (NAATs) δείχνουν σαφή πλεονεκτήματα έναντι των δοκιμών που βασίζονται σε αντιγόνα και αντισώματα, όσον αφορά την ευαισθησία, την ειδικότητα και την ικανότητα ταχείας παροχής χωρίς προηγούμενη δημιουργία ειδικών διαγνωστικών αντισωμάτων. Ωστόσο, οι προηγούμενες πλατφόρμες δοκιμών που βασίζονται στο NAAT δεν μπόρεσαν να εκτελέσουν τις διαδικασίες ολοκληρωμένου χειρισμού υγρών, ανάλυσης και αυτόματης ανάδρασης που απαιτούνται για την επίτευξη ευέλικτων ροών εργασίας και τη μεγιστοποίηση της αποτελεσματικότητας του προσυμπτωματικού ελέγχου ασθενειών.
Για να ξεπεραστεί αυτό το έλλειμμα, οι ερευνητές του UCLA δημιούργησαν μια προγραμματιζόμενη πλατφόρμα βασισμένη σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος μεγέθους παλάμης που εκτελεί χειρισμό υγρών και βιοαναλυτικές λειτουργίες με παράλληλο τρόπο. Σε αντίθεση με προηγούμενες μεθόδους, που απαιτούσαν ογκώδη όργανα έντασης πόρων, η μικρογραφία πλατφόρμα προσφέρει σημαντική εξοικονόμηση κόστους σε ένα ευρύ φάσμα επικράτησης ιών, ενώ ταυτόχρονα προσφέρει υψηλή ακρίβεια, στιβαρότητα, προσαρμοστικότητα και επεκτασιμότητα.
«Η τεχνολογία του φορητού εργαστηρίου μας θα μπορούσε να βοηθήσει να ξεπεραστούν ορισμένα από τα εμπόδια της σπανιότητας και της πρόσβασης σε τεστ, ειδικά νωρίς σε μια πανδημία, όταν είναι πιο σημαντικό να ελεγχθεί η εξάπλωση της νόσου», λέει ο Emaminejad. «Και πέρα από τις δυνατότητές του να αντιμετωπίσει ζητήματα σύντομων προμηθειών και υψηλής ζήτησης, θα μπορούσε να προσαρμοστεί ευρέως για να δοκιμάζει για πολλούς τύπους ασθενειών στο πεδίο και με ποιότητα εργαστηρίου».
Μετάβαση σε πολυπλεξία και ομαδική δοκιμή
Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια σειρά επεμβάσεων για την ανίχνευση της παρουσίας γενετικού υλικού από έναν ιό - σε αυτήν την περίπτωση, τον SARS-CoV-2 που προκαλεί το COVID-19. Η πλακέτα κυκλώματος ελέγχει ένα σμήνος φερρομπότ για τη μεταφορά μαγνητισμένων δειγμάτων μέσω της διαγνωστικής ροής εργασιών NAAT, συμπεριλαμβανομένης της αυτοματοποιημένης μεταφοράς, της κατανομής, της συγχώνευσης, της ανάμειξης και της θέρμανσης των σταγονιδίων του δείγματος για την ενίσχυση του προϊόντος αντίδρασης (DNA). Τέλος, τα αποτελέσματα προσδιορίζονται με βάση μια αλλαγή χρώματος ενός δείκτη pH, η οποία επιτρέπει τη δυαδική ερμηνεία του τεστ, πάνω ή κάτω από ένα όριο, ως θετικό ή αρνητικό, αντίστοιχα.
Οι ερευνητές του UCLA επέδειξαν επίσης παραλληλισμό - μετακινώντας πολλά από τα ferrobots ταυτόχρονα χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά πλακίδια στο κύκλωμα - καθώς και διαδοχικές λειτουργίες εργασιών με συλλογικό τρόπο από κάθε ferrobot (σε συντονισμό με τα άλλα ferrobots).
«Ο συμπαγής σχεδιασμός αυτής της πλατφόρμας και ο αυτοματοποιημένος χειρισμός των δειγμάτων επιτρέπουν εύκολες υλοποιήσεις συγκεντρωτικών δοκιμών όπου μπορείτε να δοκιμάσετε δεκάδες δείγματα ασθενών ταυτόχρονα και όλα με τα ίδια υλικά που απαιτούνται επί του παρόντος για τη δοκιμή μόνο ενός ασθενή», λέει ο Di Carlo. «Για παράδειγμα, θα μπορούσατε να δοκιμάσετε μαθητές σε μια ολόκληρη αίθουσα διαμονής κολεγίου με μερικές μόνο δεκάδες κιτ δοκιμών».
Ο προσαρμόσιμος βιοαισθητήρας ανιχνεύει γρήγορα τον ιό και τα αντισώματα COVID-19
Εφαρμόζοντας έναν αλγόριθμο συγκεντρωτικών δοκιμών, ο οποίος μπορεί να δοκιμάσει έως και 16 δείγματα σε μία μόνο ανάλυση, το σύστημα απαιτεί πολύ χαμηλότερο κόστος αντιδραστηρίου από αυτό που απαιτείται για τη δοκιμή των δειγμάτων μεμονωμένα. Εάν η συγκεντρωτική δοκιμή έδειξε θετικό αποτέλεσμα, πραγματοποιείται ένα επακόλουθο βελτιωμένο σύνολο λειτουργιών εντός της πλατφόρμας μέχρι να εντοπιστούν τα πραγματικά θετικά δείγματα. Τελικά, σημειώνουν οι ερευνητές, το κόστος των χημικών αντιδραστηρίων θα μπορούσε να μειωθεί κατά 10 έως 300 φορές, ανάλογα με τον επιπολασμό του ιού.
Εκτός από τη δοκιμή για πολλές ασθένειες ταυτόχρονα, η πλατφόρμα μπορεί να αναλύσει μεγάλο αριθμό δειγμάτων εισόδου παράλληλα και ασύγχρονα καθώς φτάνουν, αποφεύγοντας τους χρόνους αναμονής που σχετίζονται με την επεξεργασία κατά παρτίδες. Ως εκ τούτου, η ομάδα καταλήγει στο συμπέρασμα ότι αυτή η τεχνολογία χρησιμεύει ως μια πολλά υποσχόμενη λύση για την αύξηση της ικανότητας δοκιμών παγκοσμίως για την ετοιμότητα για επιδημίες και πανδημίες.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://physicsworld.com/a/handheld-diagnostic-platform-could-help-combat-epidemics/
