חוקרי בריגהם הכללי המוני מארים אור חדש חזק לחושך הנגיפי עם פיתוח חיישן מבוסס מפל זוהר (LUCAS), כלי אבחון מהיר, נייד ורגיש מאוד לעיבוד דגימות ביולוגיות מורכבות. בהשוואה לקודמי האבחון שלה, לוקאס יוצר אותות ביולומינסקנציה חזקים פי 5 וארוכים פי 8, ומתגברים על אתגרים ארוכי שנים העומדים בפני אבחון נקודת טיפול. המחקר שלהם שפורסם היום ב הטבע הנדסה ביו -רפואיתו
פיתוח אבחון יעיל הוא מאתגר להפליא, במיוחד כשחושבים על גודל חלקיקי המחלה הזיהומית והנוזלים הביולוגיים המסובכים שאנו מנסים לזהות אותם. מציאת חלקיק HIV במדגם דם אנושי זה כמו למצוא קוביית קרח בבריכת שחייה אולימפית מלאת ג'לי תוך כדי עיניים. עם גישת המפל הרומנטית שלה, לוקאס מסמן קפיצה משמעותית לחישת וירוסים במדגמים ביולוגיים מורכבים אלה. "
Hadi Shafiee, PhD, סופר בכיר, חבר סגל, אגף להנדסה ברפואה ומחלוקת כליות לרפואה בבריגהם ובבית החולים לנשים
אבחון נקודת הטיפול הפך לכלים חיוניים במשקי בית רבים, מכיוון שאנשים מודדים את סוכר הדם שלהם, עוברים בדיקות הריון ואף מבצעים מבחני COVID-19 משלהם. אבחון אלה, המאפשרים לאנשים לוותר על בדיקת מעבדה מייגעת ויקרה, חשובים לגילוי, טיפול ומעקב. עם זאת, האבחון הנוכחי יכול ליפול, עם תקלות כמו אי דיוק ורגישות לקויה. לביולומינסקנציה יש פוטנציאל להקל על חסרונות נפוצים שחווים שיטות אחרות, כמו רעשי רקע, חיוביות שווא, הלבנת תמונות ופוטוטו -רעילות.
ביולומינסקנציה משתמשת באותו אנזים טבעי הגורם לגחליליות לזוהר כדי להאיר דגימות ביולוגיות להדמיה. האנזים, לוציפראז, מתווסף לדגימה כדי למצוא ולסמן חלקיקים ויראליים. לאחר מכן, מולקולות לוציפרין מוצגות למדגם זה, מה שמניע תגובה של לוציפראז היוצרת פרץ אור. אולם תגובה זו מייצרת אות קל שהוא חלש וקצר.
Shafiee וצוות פיתחו מפל אות אנזים ייחודי כדי לחזק ולהאריך אותות ביולומינסקנציה. הם מציגים אנזים נוסף למשוואה, המכונה בטא-גלקטוזידאז, שנדבק ללוציפרין ומשחרר אותה ברציפות, ולא מאפשר לוציפרין לצוף בחופשיות במדגם לתגובות אחת ובאופן שנעשה. צעד נוסף זה פירושו יותר לוציפרין, יותר תגובות לוציפראז ויותר ביולומינסקנציה. למעשה, שלב זה איפשר ללוקאס להיות פי 515 ביולומינציה יותר ממערכות שאינן לוקאס, ואותות לוקאס שמרו על חוזק 96% לאחר שעה.
כדי להעריך את יעילותו של לוקאס, הצוות השתמש ב -177 דגימות מטופלים נגיפיות ו -130 דגימות סרום בעלות ויראליות שנדבקו ב- SARS-COV-2, HIV, HBV או HCV. דגימות חולים SARS-COV-2 נאספו באמצעות ספוגית Nasopharyngeal, ואילו דגימות HIV, HBV ו- HCV נאספו באמצעות משיכת דם. לוקאס סיפק תשובות אבחון תוך 23 דקות ובדיוק ממוצע בכל הפתוגנים של מעל 94%.
החוקרים עיצבו את לוקאס להיות ניידים ונוחים לשימוש, כך שהוא יכול להוות אפשרות לסביבות טיפול גבוהות ונמוכות. כצעד הבא, הצוות יבחן את יעילותו של לוקאס בנוזלים ביולוגיים אחרים והאם השיטה יכולה לזהות יותר מפתוגן אחד בבת אחת. Shafiee מציין גם כי זיהוי ביו-סמן למחלות רבות, כולל אלצהיימר, הוא חלל שמתפתח במהירות-שיש לו כלי כמו לוקאס המוכן ללכת ככל שהסמנים ביולוגיים חדשים יכולים להוכיח השפעה בשנים הבאות.
"אנחנו תמיד רוצים לאתר זיהום ומחלות מוקדם ככל האפשר, מכיוון שזה יכול לעשות את כל ההבדל בכל הקשור לטיפול ותוצאות ארוכות טווח", אמר הסופר הראשון סונגואן קים, דוקטורט, חוקר פוסט-דוקטורט במעבדה של שפי בבריגהם. "עם ההתמקדות שלנו בפיתוח כלי אבחון רגישים, מדויקים ונגישים, אנו רוצים להקל על גילוי מוקדם ממה שהיה אי פעם ולדחוף טיפול בהתאמה אישית לעידן חדש."
