В 3000 раз эффективнее прежних: ученые создали новую систему экспресс-диагностики инфекций

Учёные из Университета штата Аризона (ASU) разработали инновационную портативную диагностическую систему, получившую название NasRED (Быстрое электронное обнаружение с использованием наночастиц). Эта система способна выявлять инфекции всего по одной капле крови в течение 15 минут, при этом стоимость одного теста составляет примерно 2 доллара США. Результаты этого исследования были опубликованы в научном журнале ACS Nano.

Разработанная система продемонстрировала чувствительность, которая примерно в 3000 раз превышает чувствительность традиционного метода ELISA. Кроме того, для анализа требуется в 16 раз меньше образца, а результаты выдаются в 30 раз быстрее, чем при использовании стандартных иммуноанализов.

При тестировании на SARS-CoV-2 устройство с высокой точностью различало коронавирус и другие сигналы, демонстрируя эффективность на субфемтомолярных и аттомолярных уровнях. Фактически, система способна определять считанные сотни молекул в объеме, меньшем, чем капля крови. Руководителем разработки является профессор Чао Ван из Центра молекулярного дизайна и биомиметики ASU, а также Школы электротехники, вычислительной техники и энергетической инженерии, в сотрудничестве с коллегами Йеджи Чой, Сейедсиной Мирджалили, Мазияром Калатехом Мохаммади и другими исследователями.

В основе технологии лежат золотые наночастицы, на поверхность которых крепятся распознающие молекулы. Это могут быть антитела, предназначенные для улавливания вирусных или бактериальных антигенов, либо антигены для захвата антител пациента. Образец, будь то капля крови, слюны или назального секрета, смешивается с наночастицами. При наличии целевых белков частицы связываются, формируют агрегаты и оседают на дно. Верхний слой жидкости становится более прозрачным, через него проходит свет от LED-источника, а встроенный сенсор регистрирует изменение пропускания света, что и свидетельствует о положительном результате.

Ключевое преимущество системы заключается в её модульности. Поверхность наночастиц можно быстро адаптировать под различные цели, включая выявление вирусов (COVID-19, Эбола), бактерий (E. coli), ранних маркеров ВИЧ или гепатита C, а также онкобелков и белков, связанных с болезнью Альцгеймера. В ходе испытаний прототипов команда продемонстрировала возможность обнаружения токсинов и инфекций животных, включая африканскую чуму свиней. В настоящее время система использует компактные настольные модули для перемешивания и кратковременного центрифугирования, однако разработчики стремятся к миниатюризации и автоматизации, чтобы преобразовать NasRED в устройство для использования в местах оказания медицинской помощи и, в перспективе, в домашний тест с точностью лабораторного анализа.

Инфекционные заболевания являются причиной более 10 миллионов смертей ежегодно и остаются главной причиной смертности в странах с низким уровнем дохода. Даже в развитых системах здравоохранения диагностические ошибки приводят к сотням тысяч случаев смерти и инвалидности каждый год. В этом контексте доступный и быстрый PoC-тест решает сразу несколько важных проблем, начиная от раннего выявления и заканчивая массовым эпиднадзором.

Практическое применение системы включает в себя: раннюю диагностику на месте (результаты за минуты вместо часов или дней при стоимости около 2 долларов за тест); работу с труднодоступными группами населения (регулярный скрининг пациентов из групп риска, таких как ВИЧ, HCV, Лайм-боррелиоз, вне лабораторий); экономическую целесообразность при низкой распространённости заболевания (возможность тестирования единичных случаев на ранних стадиях вспышек); снижение нагрузки на лаборатории (сортировка образцов на местах с направлением в ПЦР или ИФА только «положительных» и сомнительных случаев); масштабируемость (быстрая адаптация платформы под новые патогены и биомаркеры).

Авторы исследования сравнили NasRED с существующими методами диагностики и установили, что система значительно превосходит ELISA по чувствительности и сопоставима по скорости с экспресс-тестами, при этом обеспечивая лабораторный уровень точности. В экспериментах с полноценными коронавирусными частицами NasRED показала чувствительность, сравнимую с коммерческими молекулярными тестами, такими как Abbott ID NOW, но без необходимости сложной подготовки образцов. Ранее аналогичная архитектура успешно применялась для выявления Эболы и E. coli в микропробах крови.

Следующие шаги включают в себя масштабные клинические испытания, стандартизацию картриджей и цепочек поставок наночастиц, а также прохождение регуляторных процедур, начиная от получения статуса CLIA-waiver и одобрения FDA в США и заканчивая регистрацией на рынках стран с низким и средним уровнем дохода. Команда разработчиков уже удостоена нескольких наград, включая Bay Area Lyme Foundation Emerging Leader Award, и планирует использовать преимущества платформы для ранней диагностики Лайм-боррелиоза.

Помимо инфекций, NasRED рассматривается как инструмент для раннего выявления онкологических заболеваний, мониторинга хронических состояний и полевого эпиднадзора в режиме реального времени, сообщает pronedra.

Обратите внимание: Сверхпопулярные супермаркеты обгоняют «Магниты» и «Пятерочки»: покупатели довольны и доходят до другого шопинга