Od COVIDu k rakovine: Nový domáci test detekuje choroby s ohromujúcou presnosťou

Máte bolesti hrdla a upchatý nos? Príchod rýchlych domácich testov uľahčil zistenie, či máte vážne ochorenie, ako je COVID-19, alebo len jarné alergie. Napriek svojej rýchlosti a pohodliu sú však tieto testy menej citlivé ako testy používané v klinikách. To znamená, že výsledok môže byť negatívny, aj keď je daná osoba infikovaná.

Riešením by mohla byť nová, lacná technológia biosenzorov, ktorá by mohla urobiť rýchle domáce testy 100-krát citlivejšími na vírusy ako COVID-19. Mohla by tiež rozšíriť možnosti rýchleho skríningu iných nebezpečných ochorení, ako je rakovina prostaty a sepsa.

Vedci z Kalifornskej univerzity v Berkeley vyvinuli test, ktorý kombinuje prirodzený proces odparovania nazývaný „efekt kávového krúžku“ s plazmonikou a umelou inteligenciou na presnú detekciu biomarkerov chorôb v priebehu niekoľkých minút.

„Táto jednoduchá, no zároveň účinná technika poskytuje vysoko presné výsledky za zlomok času potrebného na tradičné diagnostické metódy,“ povedal Kamyar Behrouzi, nedávny doktorand v odbore mikroelektromechanické systémy a nanoinžinierstvo na Kalifornskej univerzite v Berkeley.
„Naša práca pripravuje cestu pre dostupnejšie a cenovo dostupnejšie diagnostické riešenia, najmä pre regióny s obmedzenými zdrojmi.“

Popis technológie bol publikovaný v časopise Nature Communications.

Efekt kávového krúžku a nanočastice

Ak sa bližšie pozriete na škvrnu od kávy alebo vína, všimnete si, že na okrajoch je tmavšia ako v strede. Je to spôsobené fyzikálnym javom známym ako efekt kávového krúžku: keď sa kvapka kvapaliny odparí, vytvorí prúd, ktorý tlačí suspendované častice smerom k okrajom. Ak sú častice pigmentované, ako napríklad v káve alebo víne, okolo okrajov škvrny sa vytvorí tmavší krúžok.

V roku 2020 Behrouz vyvíjal biosenzor na detekciu COVID-19 a všimol si, že kvapôčky jeho experimentálneho roztoku po vysušení zanechávajú kruhové stopy. Uvedomil si, že efekt kávového krúžku by sa dal využiť na koncentráciu častíc vírusu COVID-19, čím by sa uľahčila ich detekcia.

„Uvedomili sme si, že tento efekt by sme mohli využiť na vytvorenie niečoho oveľa lepšieho, než sme pôvodne plánovali,“ povedal Behrouz.

Ako test funguje?

Technológia rýchlych testov využíva drobné častice nazývané plazmonické nanočastice, ktoré interagujú so svetlom špeciálnym spôsobom.

1. Používateľ aplikuje na membránu kvapku tekutiny obsahujúcej proteíny spojené s ochorením (napríklad z tampónu z úst alebo nosa).
2. Keď kvapka zaschne, koncentruje biomarkery ochorenia v oblasti kávového krúžku.
3. Používateľ potom pridá druhú kvapku obsahujúcu plazmonické nanočastice, ktoré sa „prilepia“ na biomarkery ochorenia.

Ak sú prítomné biomarkery, nanočastice vytvárajú špecifické vzory, ktoré menia spôsob, akým svetlo interaguje s membránou. Tieto zmeny možno pozorovať voľným okom alebo pomocou aplikácie pre smartfóny s umelou inteligenciou.

Technológia poskytuje výsledky za menej ako 12 minút a je 100-krát citlivejšia na COVID-19 ako podobné domáce testy.

Aplikácia pri iných ochoreniach

„Jedným z kľúčových proteínov, ktoré dokážeme touto technikou zistiť, je biomarker sepsy, nebezpečnej zápalovej reakcie na bakteriálnu infekciu, ktorá sa môže vyvinúť veľmi rýchlo, najmä u ľudí nad 50 rokov,“ povedal vedúci autor štúdie Liwei Lin, profesor strojného inžinierstva na UC Berkeley.
„Každá hodina sa počíta, ale kultivácia baktérií na identifikáciu zdroja infekcie môže trvať dni. Naša technika by mohla lekárom umožniť odhaliť sepsu za 10 až 15 minút.“

Vedci už vytvorili prototyp domáceho testu podobného rýchlym testom na COVID-19 s 3D tlačenými komponentmi, ktoré pomáhajú správne umiestniť vzorku a aplikovať plazmonické kvapôčky.

„Počas pandémie COVID-19 sme sa spoliehali na domáce testy, aby sme zistili, či sme nakazení. Dúfam, že naša technológia umožní ľahšie absolvovať pravidelné skríningy na ochorenia, ako je rakovina prostaty, bez toho, aby sme museli opustiť domov,“ povedal Lin.