מכשירים שנעשו עם רצועות נייר זולות הצליחו לבצע ביצועים טובים יותר של שתי שיטות בדיקה אחרות בגילוי זיהום במלריה בקרב אנשים אסימפטומטיים בגאנה – התקדמות אבחנתית העלולה להאיץ את המאמצים לחסל את המחלה, אומרים החוקרים.
המכשירים מקלים על תגובות כימיות פשוטות במראה מטעה, מקלות על תגובות כימיות בין טיפת דם ומולקולות המוטמעות בשכבות נייר ומסתמכות על מכשור מתוחכם, אך נייד, כדי לבצע את האבחנה: מדידת ספקטרומטריה המונית של המוצר הסופי-במקרים חיוביים, נוגד ספציפי למלריה שמפעילה את מערכת החיסון.
בדרך כלל היית לוקח את המדגם למעבדה, אבל עכשיו אנחנו לוקחים את המעבדה למדגם – אני לוקח אותה לאפריקה, אחד החלקים המרוחקים בעולם, ועושה את הניתוח ממש שם. "
אברהם באדו-טוויאה, מחבר הראשי של דו"ח לימודי השדה ופרופסור לכימיה וביוכימיה באוניברסיטת אוהיו
"השאלה הייתה, האם יש לנו כלי רגיש שניתן להעביר לאנשים לא משנה היכן הם נמצאים. ניתוח סטטיסטי הראה שהשיטה שלנו מדויקת ב -90%, הדומה למבחן PCR. זה טוב מאוד ואנחנו יכולים לספק את התוצאות הללו לאנשים הזקוקים לה הכי הרבה."
המחקר פורסם לאחרונה ב כימיה אנליטיתו
מלריה נגרמת בגלל עקיצת יתושים המפיצים טפילים זיהומיים. ארגון הבריאות העולמי מעריך כי בשנת 2022, 249 מיליון אנשים ברחבי העולם היו במלריה, וכ- 608,000 מתו מהמחלה. חיסון מונע זמין כעת לילדים בגאנה, שם נדבקו יותר מרבע מהאוכלוסייה בשנת 2011 לעומת 8.6% עד שנת 2022.
באדו-טוויאה דיווח לראשונה על המצאה זו בשנת 2016, ותיאר מכשיר לבדיקות בבית או מיקום מרחוק באמצעות מבנים קלים שיכולים לשמור על דגימות ביולוגיות יציבות במשך חודשים בכל פעם.
אף על פי שהטכנולוגיה כבר מעודנת לגילוי מחלות אחרות, מלריה הייתה הדאגה העיקרית של באדו-טוויאה-במיוחד כאשר עליית הספיגה של החיסון מורידה את החסינות הטבעית בקרב האוכלוסייה, ויוצרת את הצורך במעקב נרחב בזיהומים פוטנציאליים באפריקה תת-סהרית.
מאז 2016, המעבדה של Badu-Tawiah יצרה תהליך אוטומציה תלת-ממדי של אחסון נוגדנים ויונים במכשיר והוסיפה מולקולה מרובה כדי להגביר את האות המורכב לגילוי על ידי ספקטרומטריה המונית, אך תהליך ייצור המכשירים עדיין ידני. גיליונות נייר המלחמים את שכבות המכשיר-מצופים בקטעים שעווה שמונעים מדם מחלחל דרך-מודפסים בנפרד ונלחצים יחד עם קלטת דו צדדית. עשרים וחמישה מכשירים משתלבים בגיליונות 8×12 אינץ '.
לאחר יישום, הדם מופרד לארבעה תאים – שניים פועלים כבקרות חיוביות ושליליות – ומעורר תגובות כימיות כאשר הוא עובר בשכבות. הכימאים עיצבו בדיקות יוניות לתייג נוגדנים המוציאים את האנטיגן מהדם ומניחים אותו לצמיתות על הנייר תוך כעשר דקות. לאחר שטיפת חיץ, הרצועות קלופות זו מזו ומנופפות מול ספקטרומטר מסה כף יד.
"הספקטרומטר מודד את מסת התרכובת של העניין. המשקל המולקולרי אומר לנו אם אנו רואים מסה ספציפית, זה אומר שהאנטיגן המלריה נמצא בדם שלך. זה כן. אם הוא לא שם, זה לא," אמר באדו-טוויאה.
התוצאות זמינות בעוד כ- 30 דקות, אך ניתן לאחסן מכשירים משומשים ללא הגבלת זמן ללא קירור לניתוח מאוחר יותר. היציבות הגבוהה פירושה שאחרי שלב הכביסה, ניתן להעביר את המכשירים במעטפות רגילות-יכולת המחברת בין אנשים עם זיהום אסימפטומטי באזורים המרוחקים ביותר באפריקה למרכזים עשירים במשאבים בכל מקום אחר בעולם, ללא מגבלות מסורתיות עם שרשרת קר.
במשך חמישה שבועות בשנת 2022 בגאנה, בדו-טאווייה בדק את יעילות המכשיר אצל 266 מתנדבים אסימפטומטיים והשווה את תוצאותיו לשלוש שיטות בדיקה נפוצות אחרות בשימוש עדכני לאבחון מלריה: בדיקה מיקרוסקופית של תאי דם, בדיקות אבחון מהירות זמינות מסחרית ו PCR (תגובת שרשרת פולימראז).
גורם מפתח בבדיקת אנשים ללא תסמינים, ציין באדו-טוויאה, הוא שאם הם נדבקים, צפיפות הטפילים בדם שלהם ככל הנראה נמוכה-כלומר יש צורך בבדיקה רגישה ביותר כדי לאתר את נוכחותם.
ההשוואה הראתה שלמיקרוסקופיה, תקן הזהב בבתי חולים אפריקאים, היו התוצאות הפחות מדויקות, מה שמצביע על 24 מקרים חיוביים בלבד ובדיקות אבחון מהירות זיהו 63 זיהומים. PCR זיהה 142 מקרים חיוביים, והמכשירים מבוססי הנייר זיהו 184 חיוביות.
"מיקרוסקופיה עובדת טוב כשהאדם חולה ובבית החולים. כאן היינו ביישובים, שם רק 24 הוצגו כחיוביים במיקרוסקופיה-בדיקה זו אומרת לנו שהרוב שלילי. זו בעיה גדולה", אמר באדו-טוויאה. "אבל כשמשתמשים בשיטה מתוחכמת יותר כמו PCR, כמעט 50% מהאנשים חולים, ובכל זאת מיקרוסקופיה לא יכולה לומר לנו את זה. ובאנשים עם צפיפות טפיל נמוכה מאוד, בדיקות אבחון מהירות נכשלו באומללות – הם יכולים רק לאתר צפיפות טפיל גבוהה יותר."
חישוב הרגישות של כל שיטה-מספר החיוביות האמיתיות המחולקות על ידי חיוביות אמיתיות בתוספת שליליות שווא-הראה כי המכשירים מבוססי הנייר הגיעו לרגישות של 96.5%, לעומת 17% למיקרוסקופיה ו -43% לבדיקות אבחון מהירות.
ארבעים ושבע מתוך 266 דגימות נתנו תוצאה חיובית כוזבת-וכולם אושרו על ידי המיקרוסקופיה כשלילית. PCR, שנחשב לבדיקה המדויקת ביותר, אובחן גם אנשים אלה כשליליים.
באדו-טוויאה אמר כי חיובי השווא היו יכולים להיגרם כתוצאה מצמיגות שונה של דגימות הדם, מה שהוביל להפצה מחדש של תעלות הדם בשלב הכביסה. הצוות שינה את המכשיר כדי להסביר את האפשרות הזו.
באדו-טוויאה החלה שיחות עם ממשלת גאנה על יישום תוכנית בדיקה.
"אמרנו לאנשים שזה אפשרי בשנת 2016, ולמעשה הלכנו לשדה ובדקנו את זה. זה מאוד מבטיח," אמר. "הטכנולוגיה תעבור יד ביד עם חיסון, ואתה זקוק לכלי רגיש שניתן לספק."
הוא גם משתף פעולה עם קלינאים במדינת אוהיו בהתאמת המכשירים כדי לאתר סיכונים, בין היתר, לסרטן המעי הגס ודלקת לבלב חריפה.
"יש לי את הפטיש עכשיו ויכולתי לפגוע בציפורניים שונות," אמר. "כל שעלינו לעשות זה לשנות את הנוגדן כדי להפוך אותו ליישום על מחלות אחרות."
עבודה זו נתמכה על ידי המכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות. מחברים משותפים כוללים את עיישה סת ', סוג'י לי, ג'יריש מורליקרישנן, אדגר גרסיה וג'יימס אודיי ממדינת אוהיו, ואבדול-האקים מוטלה וקינגסלי באדו מאוניברסיטת קוואמה נקרומה למדע וטכנולוגיה בגאנה.
