חוקרים מאוניברסיטת מדינת אריזונה פיתחו כלי אבחון פורץ דרך שיכול לשנות כמה מהר ובאמינות אנו מגלים מחלות כמו COVID-19, אבולה, איידס או מחלת ליים. הבדיקה משתמשת רק בטיפת דם אחת, עולה כמה דולרים ומספקת תוצאות תוך 15 דקות בלבד.
במחקר חדש, החוקרים מראים כי הבדיקה יכולה לאתר את הנגיף הגורם ל- COVID-19 ברמת דיוק נקודה, ולהבדיל אותו בבירור בזיהומים אחרים.
המכשיר האבחוני החדש, שנקרא Nasred (גילוי מהיר של חלקיקי ננו -חלקיקים), הוא פשוט ונייד מספיק כדי לשמש כמעט בכל מקום – ממרפאות כפריות מרוחקות ועד לבתי חולים עירוניים עסוקים. הכלי מספק דיוק באיכות מעבדה ללא ציוד יקר ואינו דורש הכשרה מיוחדת, ומעניקה לו פוטנציאל להפוך למחלף משחקי בריאות הציבור.
יש לנו את המהירות והקלות השימוש במבחן אנטיגן מהיר עם רגישות שהיא אפילו טובה יותר מבדיקות מבוססות מעבדה. זה מאוד קשה להשיג. "
צ'או וואנג, סופר מוביל, פרופסור חבר, בית הספר להנדסת חשמל, מחשבים ואנרגיה, אוניברסיטת מדינת אריזונה
וואנג הוא פרופסור חבר למרכז ביו -תכנון לעיצוב מולקולרי וביומימטיקה. אליו מצטרפים חוקרי ASU יאג'י צ'וי, סיידסינה מירג'לילי, אשיף איקבל, שון מק'קלור, מזיאר קלטה מוחמד, סקוט קלמנס, חוסה סולאנו, ג'ון הגגלנד, טינגינג ז'אנג וג'אווי זואו.
המחקר מופיע בגיליון הנוכחי של כתב העת ACS Nanoו
עצירה של התפשטות מחלות זיהומיות
מחלות זיהומיות הן אחד האיומים הקטלניים ביותר של האנושות, הגורמים לסבל עצום ונזק כלכלי ברחבי העולם. באופן קולקטיבי, מחלות זיהומיות גורמות ליותר מ -10 מיליון מקרי מוות ברחבי העולם בכל שנה– והם הגורם המוביל למוות במדינות בעלות הכנסה נמוכה.
כמעט 800,000 אמריקאים מתים או נכים לצמיתות מדי שנה בגלל שגיאות אבחון, כך עולה ממחקר שפורסם ב- BMJ Quality & Safety. רבים מהמקרים הללו כוללים זיהומים או אירועים כלי דם שעלולים היו לטיפול אם נתפסו מוקדם.
במדינות רבות בהכנסה נמוכה ובינונית, הגישה לבדיקת אבחון אמינה מוגבלת או לא קיימת. ציוד יקר, מחסור באנשי צוות מיומנים וזמני תפנית ארוכים כל אלה תורמים לאבחנות מעוכבות או שהוחמצו – לרוב עם השלכות קטלניות.
מבחן מהיר, סביר ונייד כמו Nasred יאפשר לעובדי הבריאות החזית ברחבי העולם לאתר זיהומים מוקדם ולהגיב לפני שהתפרצויות ייצאו משליטה.
"באזורים רבים בעולם, כולל ארה"ב, מחלות מתפשטות, אך לעתים קרובות אנשים לא נבדקים – אפילו לא למשהו כמו HIV. באופן אידיאלי, תרצה לבדוק אותם באופן קבוע, לתפוס זיהומים מוקדם", אומר וואנג. "לדוגמה, אנשים המשתמשים בתרופות הזרקה נמצאים בסיכון גבוה יותר ל- HIV או HCV, אך יתכן שהם חיים ברחובות וקשים להגיע אליו. אם לא נבדוק אותם בעקביות לאורך זמן, אנו עשויים לפספס את ההזדמנות להתערב – עד שהם יפתחו סיבוכים חמורים כמו סרטן או מחלת כבד, כאשר קשה הרבה יותר לטפל."
זהב אבחוני בולט
בבסיס הבדיקה החדשה נמצאים חלקיקי ננו-זהב זעירים, המיועדים לאיתור כמויות קטנות במיוחד של חלבונים הקשורים למחלות. החוקרים מצפים חלקיקים אלה עם מולקולות מיוחדות שנועדו לאתר מחלות ספציפיות.
חלק מהננו -חלקיקים נושאים נוגדנים, מולקולות זעירות הפועלות כמו מגנטים. נוגדנים נדבקים לחלבונים המשתחררים על ידי נגיפים או חיידקים כאשר הם מדביקים את הגוף. חלקיקים אחרים נושאים אנטיגנים– שברי חלבונים נלקחים ישירות מנגיפים או חיידקים עצמם. אלה מושכים באופן טבעי נוגדנים המיוצרים על ידי הגוף כדי להילחם בזיהומים.
לאחר מצופה, חלקיקים אלה משולבים עם דגימה זעירה של נוזל גוף, כמו טיפת דם, רוק או נוזל האף. אם קיימת מחלה, מרבית חלקיקי הננו ישקעו בתחתית הצינור. אם אין מחלה, הם יישארו תלויים בכל הנוזל.
המכשיר המסריד מאיר קרן קטנה של אור LED דרך הנוזל בחלקו העליון של הצינור. הצוות בנה גלאי אלקטרוני מותאם אישית שחש כמה אור עובר דרך הצינור. יותר אור פירושו שהננו -חלקיקים שקועים לתחתית, ומשאירים את הנוזל העליון ברור יותר, כלומר המחלה קיימת.
מדויק, נגיש ובמחיר סביר
המכשיר כל כך רגיש עד שהוא יכול לאתר מחלה גם כאשר רק כמה מאות מולקולות קיימות במדגם נוזלי זעיר – רק שבריר של טיפה יחידה. זהו ריכוז נמוך פי 100,000 ממנה בדיקות מעבדה סטנדרטיות דורשות.
הוספת הבטחתו היא הניידות והמחיר של NASRED. תקני הזהב הנוכחיים לבדיקה, כמו PCR או ELISA, דורשים ציוד יקר וטכנאים מיומנים. Nasred הוא קומפקטי וידידותי למשתמש. החוקרים מעריכים שכל בדיקה עולה 2 דולר, מה שהופך אותה לאידיאלית לשימוש במיקומים נמוכים או מרוחקים.
ל- Nasred יש פוטנציאל למלא פער אבחוני קריטי, במיוחד למחלות שקשה לאתר מוקדם, כמו הפטיטיס C, HIV או מחלת ליים. זה גם מבטיח להתפרצויות מתעוררות עם שכיחות נמוכה אך סיכון גבוה. מחלות כאלה לעיתים קרובות אינן מאובחנות מכיוון שהפעלת בדיקת מעבדה לחולים או שניים בלבד אינה חסכונית. NASRED מגשרים כי הם מפעילים על ידי הצעת מבחן רגיש ביותר העובד מייד וכלכלי בנקודת הטיפול.
בעוד ש- NASRED דורשת כיום מכונות קטנות, ספסל לספינינג וערבוב דגימות, החוקרים פועלים למזני מיניאטוריזציה ואוטומציה של התהליך. עם המשך הפיתוח, הטכנולוגיה עשויה יום אחד להפוך למבחן ביתי נוח, בדומה לבדיקות קוביד -19 מהירות קיימות. עם זאת, תהיה לה רגישות מעולה בהרבה ויישומים רחבים יותר.
קפיצה משמעותית באבחון
NASRED עולה באופן דרמטי את תקני האבחון הקיימים. המחקר החדש מראה כי NASRED רגיש בערך פי 3,000 מ- ELISA, דורש פי 16 פחות נפח מדגם ומספק תוצאות מהר פי 30.
גרסה קודמת של הטכנולוגיה גילתה את אבולה במדגם זעיר של דם. "עבור הטכנולוגיה החדשה, דחפנו את הרגישות לטווח האטומולרי", אומר וואנג. זה כמו לאתר טיפת דיו אחת ב 20 בריכות שחייה אולימפיות.
הטכנולוגיה מקיימת הבטחה לגילוי עומסים נגיפיים ישירות מנוזלי גוף ללא הכנת הדגימה המסובכת המשמשת בשיטות מבוססות PCR. בבדיקות מקדימות עם חלקיקי נגיף הקורונאווי, Nasred השיג רגישויות הדומות ל- Abbott ID כעת, בדיקה מולקולרית פופולרית למחלות רבות כמו COVID-19.
"אחת החוזקות של החיישן שלנו היא שזה מודולרי ביותר", אומר וואנג. "חלקיקי הננו מתוכננים כך שנוכל להחליף בקלות בחלבונים שונים, מה שמאפשר להתאים את אותה פלטפורמה למחלות רבות ושונות. כבר הדגמנו גישה זו במחקר שלנו בנושא E. coli המייצר רעלן, כמו גם סמנים ביולוגיים של אלצה, חלבונים הקשורים לאלצה.
וואנג קיבל לאחרונה את פרס קרן המפרץ Lyme Area Lyme Emerging Leader ויעשה שימוש ברגישות הגבוהה והניידות של טכנולוגיה חדשה זו כדי לאתר זיהום מוקדם של ליים.
ככל שהטכנולוגיה מתפתחת, מגוון היישומים שלה עשוי להתרחב מעבר למחלות זיהומיות. גילוי מוקדם של סרטן, ניטור בזמן אמת של מחלות כרוניות ומעקב משופר על איומי בריאות הציבור הם כולם בהישג יד.
