Инструмент на основе нанотехнологий ускоряет диагностику инфекционных заболеваний

По словам исследователей из Университета Макгилла в Монреале, новый инструмент обещает ускорить обнаружение инфекционных заболеваний.

Диагностическая платформа под названием QolorEX была разработана исследователями университета путем объединения существующих технологий для создания нового инструмента для точного обнаружения патогенов менее чем за 15 минут. Устройство было протестировано на наличие нескольких респираторных вирусов и бактерий, в том числе H1N1 грипп вирус и SARS-CoV-2. Он достиг 95% точности при идентификации COVID-19 и его вариантов в 48 образцах слюны человека.

«COVID был чем-то, что открыло нам глаза, и теперь мы должны более серьезно подумать о диагностике по месту оказания медицинской помощи», — сказала Сара Махшид, доктор философии, доцент биомедицинской инженерии и заведующая Канадским исследовательским центром в области нано-биосенсорных устройств в Университете Макгилла. Медицинские новости Medscape. Эта технология может стать важной для ряда медицинских приложений, особенно в районах с низким уровнем ресурсов.

Разработка подробно описана в статьястатья 1 июня в Природа Нанотехнологии.

Неклинические условия

Пандемия COVID-19 продемонстрировала необходимость быстрого и точного тестирования, которое можно использовать вне клинических условий. Золотым стандартом диагностики является ПЦР-тестирование, но его точность требует компромисса. ПЦР-тестирование включает длинный протокол и требует централизованного тестирования.

С QolorEX исследователи стремились разработать новый тест, который обеспечивает точность ПЦР в автоматизированном инструменте, который можно использовать за пределами испытательного центра или больницы. Махшид отметил особую потребность в инструменте, который можно было бы использовать в местах скопления людей, таких как аэропорты, школы или рестораны.

По словам Махшида, устройство достаточно компактно, чтобы его можно было разместить на столе или скамейке, и его можно легко использовать в групповых условиях. В будущем она надеется еще больше миниатюризировать устройство, чтобы сделать его более масштабируемым для широкого использования.

Инструмент прост в использовании, требуется только образец слюны. В отличие от текущих экспресс-тестов на COVID-19, которые включают несколько этапов, система автоматизирована и не требует ручного смешивания реагентов. После сбора образца пользователь нажимает кнопку в приложении для смартфона или компьютера. С остальным справится устройство.

«Мы не химики, которые понимают, как смешивать эти растворы», — сказал Махшид. Отказ от этих дополнительных шагов может уменьшить количество ложных положительных и ложных отрицательных результатов, вызванных ошибкой пользователя.

Быстрые результаты

QolorEX может дать результаты через 13 минут, как это делает экспресс-тест на антиген. Подобно тесту ПЦР, устройство использует амплификацию нуклеиновых кислот. Но ПЦР-тесты обычно занять гораздо больше времени. Только анализ пробы занимает от 1,5 до 2 часов.

Новый тест ускоряет реакцию, вводя возбужденные светом «горячие» электроны с поверхности наноплазмонного сенсора. Затем устройство использует визуализацию и алгоритм машинного обучения для количественной оценки преобразования цвета, которое происходит при наличии патогена.

Быстрые и надежные результаты делают систему потенциально подходящей для использования в таких местах, как аэропорты. Ранее пассажирам приходилось ждать 24 часа, чтобы получить отрицательный результат теста на COVID, прежде чем сесть в самолет. Такое устройство, как QolorEX, позволит проводить скрининг на месте.

Способность инструмента так быстро различать бактериальные и вирусные инфекции является «приложением, которое одновременно важно и чрезвычайно трудно достижимо», по словам Нихила Бхаллы, доктора философии, в исследовательский брифинг. Бхалла — преподаватель электронной инженерии в Ольстерском университете в Белфасте, Великобритания.

Исследователи надеются, что благодаря быстрому получению результатов устройство поможет уменьшить распространение респираторных заболеваний и, возможно, спасти жизни.

«Чувствительный и конкретный»

По словам Лейлы Солеймани, доктора философии, из Университета Макмастера в Гамильтоне, Онтарио, основным преимуществом этого инструмента является его способность быстро выдавать результаты при низком уровне ложноположительных и ложноотрицательных результатов. «Трудно найти экспресс-тесты, которые были бы одновременно чувствительными и специфичными по сравнению с ПЦР», — сказал Солеймани Medscape.

Хотя QolorEX был разработан для обнаружения COVID-19 и других инфекционных заболеваний, использование устройства не ограничивается тестируемыми патогенами. Инструмент может быть применен к целому ряду тестов, которые в настоящее время используют технологию ПЦР. Махшид и ее команда рассматривают несколько других применений этой технологии, таких как анализ терапевтических средств против устойчивых к противомикробным препаратам патогенов. в приоритете Всемирная организация здравоохранения. Технология также может иметь потенциал для обнаружения рака и бактериальных инфекций, сказал Махшид Medscape.

Но для Солеймани самым захватывающим приложением остается его использование для диагностики инфекционных заболеваний. Однако она отметила, что неясно, будет ли цена устройства слишком высокой для широкого домашнего использования. Это может быть более практичным для клиник семейных врачей и других учреждений.

Прежде чем устройство станет коммерчески доступным, необходимо провести дополнительные испытания для проверки результатов, основанных на ограниченном количестве образцов, которые были доступны в исследовательских условиях.

Исследование было поддержано Фондом экстренного финансирования исследований COVID-19 MI4, Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям, Канадскими институтами исследований в области здравоохранения, Канадским фондом инноваций и Университетом Макгилла. Махшид и Сулеймани не сообщили о соответствующих финансовых отношениях.

Нанотехнологии. Опубликовано 1 июня 2023 г. Полный текст

Гвендолин Рак — медицинский репортер Medscape и Univadis из Бруклина, Нью-Йорк.

Чтобы узнать больше, следите за новостями Medscape на Фейсбук, Твиттер, Инстаграми YouTube.