Nuo COVID iki vėžio: naujas namų testas aptinka ligas stebinančiu tikslumu

Skauda gerklę ir užsikimšusi nosis? Greitų namų testų atsiradimas leido lengvai nustatyti, ar sergate rimta liga, pavyzdžiui, COVID-19, ar tiesiog pavasarine alergija. Tačiau nepaisant jų greičio ir patogumo, šie testai yra mažiau jautrūs nei naudojami klinikose. Tai reiškia, kad rezultatas gali būti neigiamas net jei žmogus yra užsikrėtęs.

Sprendimas galėtų būti nauja, nebrangi biosensorių technologija, kuri galėtų padaryti greituosius namuose atliekamus testus 100 kartų jautresnius tokiems virusams kaip COVID-19. Ji taip pat galėtų išplėsti greito patikros galimybes kitoms pavojingoms ligoms, tokioms kaip prostatos vėžys ir sepsis.

Kalifornijos universiteto Berklyje mokslininkai sukūrė testą, kuris sujungia natūralų garavimo procesą, vadinamą „kavos žiedo efektu“, su plazmonika ir dirbtiniu intelektu, kad vos per kelias minutes tiksliai aptiktų ligos biožymenis.

„Šis paprastas, bet galingas metodas pateikia labai tikslius rezultatus per daug laiko, palyginti su tradiciniais diagnostikos metodais“, – teigė Kamyar Behrouzi, neseniai Kalifornijos universitete Berklyje apsigynęs mikroelektromechaninių sistemų ir nanoinžinerijos doktorantas.
„Mūsų darbas atveria kelią prieinamesniems ir įperkamesniems diagnostikos sprendimams, ypač ribotų išteklių regionuose.“

Technologijos aprašymas buvo paskelbtas žurnale „Nature Communications“.

Kavos žiedo efektas ir nanodalelės

Atidžiai įsižiūrėjus į kavos ar vyno dėmę, pastebėsite, kad pakraščiuose ji tamsesnė nei centre. Taip yra dėl fizikinio reiškinio, vadinamo kavos žiedo efektu: kai skysčio lašas išgaruoja, jis sukuria srovę, kuri stumia suspenduotas daleles link kraštų. Jei dalelės yra pigmentuotos, kaip kavoje ar vyne, aplink dėmės kraštus susidarys tamsesnis žiedas.

2020 m. Behrouzas kūrė biosensorių COVID-19 aptikti ir pastebėjo, kad jo eksperimentinio tirpalo lašeliai išdžiūvę palieka žiedo formos žymes. Jis suprato, kad kavos žiedo efektą galima panaudoti COVID-19 viruso dalelėms sukoncentruoti, kad jas būtų lengviau aptikti.

„Supratome, kad galime panaudoti šį efektą kurdami kažką daug geresnio, nei iš pradžių planavome“, – sakė Behrouzas.

Kaip veikia testas?

Greitojo testavimo technologija naudoja mažytes daleles, vadinamas plazmoninėmis nanodalelėmis, kurios ypatingu būdu sąveikauja su šviesa.

1. Vartotojas ant membranos užlašina lašą skysčio, kuriame yra su liga susijusių baltymų (pvz., iš tampono iš burnos ar nosies).
2. Išdžiūvęs lašas koncentruoja ligos biožymenis kavos žiedo srityje.
3. Tada vartotojas įlašina antrą lašą su plazmoninėmis nanodalelėmis, kurios „prilimpa“ prie ligos biožymenų.

Jei yra biožymenų, nanodalelės sudaro specifinius modelius, kurie keičia šviesos sąveiką su membrana. Šiuos pokyčius galima matyti plika akimi arba naudojant dirbtinio intelekto valdomą išmaniojo telefono programėlę.

Ši technologija pateikia rezultatus per mažiau nei 12 minučių ir yra 100 kartų jautresnė COVID-19 nustatymui nei panašūs namuose atliekami testai.

Taikymas kitoms ligoms

„Vienas iš pagrindinių baltymų, kuriuos galime aptikti šiuo metodu, yra sepsio biožymuo – pavojingo uždegiminio atsako į bakterinę infekciją, kuris gali išsivystyti labai greitai, ypač vyresniems nei 50 metų žmonėms“, – teigė vyresnysis tyrimo autorius Liwei Lin, mechanikos inžinerijos profesorius Kalifornijos universitete Berklyje.
„Kiekviena valanda yra svarbi, tačiau bakterijų kultivavimas infekcijos šaltiniui nustatyti gali užtrukti kelias dienas. Mūsų technika galėtų leisti gydytojams aptikti sepsį per 10–15 minučių.“

Mokslininkai jau sukūrė namų testo, panašaus į greituosius COVID-19 testus, prototipą su 3D spausdintais komponentais, kurie padeda teisingai pozicionuoti mėginį ir uždėti plazmoninius lašelius.

„COVID-19 pandemijos metu pasitikėjome namų testais, kad pamatytume, ar nesame užsikrėtę. Tikiuosi, kad mūsų technologijos leis lengviau reguliariai tikrintis dėl tokių ligų kaip prostatos vėžys neišeinant iš namų“, – sakė Lin.