Od COVIDA do raka: Nov domači test zazna bolezni z osupljivo natančnostjo

Vas boli grlo in imate zamašen nos? Pojav hitrih domačih testov je olajšal ugotavljanje, ali imate resno bolezen, kot je COVID-19, ali le spomladanske alergije. Kljub hitrosti in priročnosti pa so ti testi manj občutljivi kot tisti, ki se uporabljajo v klinikah. To pomeni, da je rezultat lahko negativen, tudi če je oseba okužena.

Rešitev bi lahko bila nova, cenovno ugodna tehnologija biosenzorjev, ki bi lahko hitre domače teste naredila 100-krat občutljivejše na viruse, kot je COVID-19. Prav tako bi lahko razširila zmogljivosti hitrega presejanja za druga nevarna stanja, kot sta rak prostate in sepsa.

Znanstveniki na Univerzi v Kaliforniji v Berkeleyju so razvili test, ki združuje naravni proces izhlapevanja, imenovan "učinek kavnega obroča", s plazmoniko in umetno inteligenco, da v samo nekaj minutah natančno zazna biomarkerje bolezni.

»Ta preprosta, a zmogljiva tehnika zagotavlja zelo natančne rezultate v delčku časa, ki ga potrebujejo tradicionalne diagnostične metode,« je dejal Kamyar Behrouzi, nedavni doktorski kandidat s področja mikroelektromehanskih sistemov in nanoinženiringa na Univerzi v Kaliforniji, Berkeley.
»Naše delo utira pot dostopnejšim in cenovno ugodnejšim diagnostičnim rešitvam, zlasti za regije z omejenimi viri.«

Opis tehnologije je bil objavljen v reviji Nature Communications.

Učinek kavnega obroča in nanodelci

Če si madež kave ali vina ogledate od blizu, boste opazili, da je na robovih temnejši kot v sredini. To je posledica fizikalnega pojava, znanega kot učinek kavnega obroča: ko kapljica tekočine izhlapi, ustvari tok, ki potiska suspendirane delce proti robovom. Če so delci pigmentirani, kot pri kavi ali vinu, se bo okoli robov madeža oblikoval temnejši obroč.

Leta 2020 je Behrouz razvijal biosenzor za zaznavanje COVID-19 in opazil, da kapljice njegove eksperimentalne raztopine po sušenju puščajo sledi v obliki obroča. Spoznal je, da bi lahko učinek kavnega obroča uporabil za koncentriranje delcev virusa COVID-19, kar bi olajšalo njihovo zaznavanje.

"Spoznali smo, da lahko s tem učinkom ustvarimo nekaj veliko boljšega, kot smo prvotno načrtovali," je dejal Behrouz.

Kako deluje test?

Tehnologija hitrih testov uporablja drobne delce, imenovane plazmonske nanodelce, ki na poseben način interagirajo s svetlobo.

1. Uporabnik na membrano nanese kapljico tekočine, ki vsebuje beljakovine, povezane z boleznijo (na primer z brisa iz ust ali nosu).
2. Ko se kapljica posuši, koncentrira biomarkerje bolezni na območju kavnega obroča.
3. Uporabnik nato doda drugo kapljico, ki vsebuje plazmonske nanodelce, ki se "prilepijo" na biomarkerje bolezni.

Če so prisotni biomarkerji, nanodelci tvorijo specifične vzorce, ki spreminjajo način interakcije svetlobe z membrano. Te spremembe je mogoče videti s prostim očesom ali z aplikacijo za pametne telefone, ki jo poganja umetna inteligenca.

Tehnologija zagotavlja rezultate v manj kot 12 minutah in je 100-krat bolj občutljiva za COVID-19 kot podobni testi za domačo uporabo.

Uporaba pri drugih boleznih

»Eden ključnih proteinov, ki jih lahko zaznamo s to tehniko, je biomarker za sepso, nevaren vnetni odziv na bakterijsko okužbo, ki se lahko razvije zelo hitro, zlasti pri ljudeh, starejših od 50 let,« je dejal višji avtor študije Liwei Lin, profesor strojništva na UC Berkeley.
»Vsaka ura šteje, vendar lahko gojenje bakterij za identifikacijo vira okužbe traja več dni. Naša tehnika bi zdravnikom lahko omogočila odkrivanje sepse v 10 do 15 minutah.«

Znanstveniki so že ustvarili prototip domačega testa, podobnega hitrim testom za COVID-19, s 3D-natisnjenimi komponentami, ki pomagajo pravilno namestiti vzorec in nanesti plazmonske kapljice.

»Med pandemijo COVID-19 smo se zanašali na domače teste, da bi ugotovili, ali smo okuženi. Upam, da bo naša tehnologija omogočila bolj dostopen reden pregled za bolezni, kot je rak prostate, ne da bi morali zapustiti dom,« je dejal Lin.