Test, opisany w Science Advances, to elektroniczny czujnik umieszczony w chipie komputerowym. Wykorzystuje nanokulki – mikroskopijne kuliste grudki wykonane z mniejszych cząstek materiału genetycznego, z których każda ma średnicę 1000 razy mniejszą niż szerokość ludzkiego włosa – i łączy tę technologię z zaawansowaną elektroniką.
– Podczas pandemii Covid-19 jedną z rzeczy, która nie istniała, a mogła powstrzymać rozprzestrzenianie się wirusa, była tania diagnostyka, która mogła oznaczyć osoby zwane „cichymi zarażonymi” – czyli pacjentów, którzy nie wiedzą, że są zarażeni, ponieważ nie wykazują objawów – powiedział Mehdi Javanmard, profesor na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej w Rutgers School of Engineering i autor badania. – W czasie pandemii dokładne i wczesne wykrycie infekcji to Święty Graal. Ponieważ gdy dana osoba wykazuje objawy – kichanie i kaszel – jest już za późno. Ta osoba prawdopodobnie zaraziła 20 osób.
Przez ostatnie 20 lat Javanmard opracowywał biosensory – urządzenia monitorujące i przekazujące informacje o procesie życiowym. Podczas pandemii Covid-19 był załamany skalą infekcji i ogromną liczbą ofiar śmiertelnych. Uważał, że musi istnieć sposób wykorzystania biosensorów jako testu umożliwiającego wcześniejsze wykrycie choroby.
Współpracując z Muhammadem Tayyabem, doktorantem Rutgersa i współautorem badania, Javanmard i współpracownicy naukowi z Instytutu Karolinska w Szwecji oraz uniwersytetów Stanford i Yale rozpoczęli burzę mózgów.
– Pomyśleliśmy: w jaki sposób możemy wykorzystać naszą indywidualną wiedzę do zbudowania czegoś nowego? – powiedział Javamard.
Biosensor opracowany przez zespół działa w kilku etapach. Po pierwsze, skupia się na charakterystycznej dla wirusa sekwencji kwasów nukleinowych – naturalnie występujących związków chemicznych, które służą jako główne cząsteczki przenoszące informację w komórce. Następnie, ponieważ amplifikuje dowolną sekwencję kwasu nukleinowego znalezioną w próbce, tworzy znacznie więcej kopii, aż 10 000. Potem zbija te tysiące plamek kwasów nukleinowych w nanokulki, które są „wystarczająco duże”, aby można je było wykryć.
Nanokulki są identyfikowane elektrycznie, gdy są indywidualnie kierowane przez maleńkie kanały zawierające elektrody po przeciwnych stronach. Proces ten przypomina przechodzenie ludzi gęsiego przez bramkę bezpieczeństwa na lotnisku i poddawanie się jednemu prześwietleniu.
– Nasza metoda polega na pobraniu wirusowego materiału w postaci kwasu nukleinowego i zwinięciu go w kulkę DNA, która jest wystarczająco duża, aby można ją było wykryć za pomocą urządzenia do pomiaru komórek zwanego cytometrem elektronicznym – powiedział Javanmard. – W rezultacie możemy wykryć infekcję na jej najwcześniejszym etapie, gdy stężenie jest nadal bardzo niskie.
Podejście to działa na próbkach pobranych z krwi i śliny i wykazano, że pozwala wykryć wczesne infekcje kilkoma wirusami, w tym rinowirusem wywołującym przeziębienie, a nawet infekcje bakteryjne, takie jak gruźlica. Technologia, która została zminiaturyzowana i zawarta w chipie komputerowym, jest na tyle mała, że można ją przenosić i nosić.
Oczekuje się, że najbardziej natychmiastowym zastosowaniem, po wprowadzeniu na rynek, będzie skuteczność testu w wykrywaniu infekcji wirusowych we wczesnych stadiach. Docelowo technologię tę można będzie również wykorzystać do badania chorób bakteryjnych, a także skażenia bakteryjnego występującego w żywności i wodzie – powiedział Javanmard.
– Te patogeny mogą mieć niszczycielski wpływ na gospodarkę, źródła utrzymania i zdrowie ludzi – powiedział Javanmard. – Nie powinniśmy przestać się do tego przygotowywać. Musimy stworzyć narzędzia nowej generacji, aby je powstrzymać. I tym właśnie jest ta technologia.
Tekst: materiały prasowe Uniwersytetu Rutgers/Kitty MacPherson; zdjęcie zajawka: PublicDomainPictures/Pixabay
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.