Από την COVID στον καρκίνο: Νέο οικιακό τεστ ανιχνεύει ασθένειες με εκπληκτική ακρίβεια

Έχετε πονόλαιμο και βουλωμένη μύτη; Η έλευση των γρήγορων τεστ στο σπίτι έχει διευκολύνει την αναγνώριση μιας σοβαρής ασθένειας όπως η COVID-19 ή απλώς εαρινών αλλεργιών. Ωστόσο, παρά την ταχύτητα και την ευκολία τους, αυτά τα τεστ είναι λιγότερο ευαίσθητα από αυτά που χρησιμοποιούνται στις κλινικές. Αυτό σημαίνει ότι το αποτέλεσμα μπορεί να είναι αρνητικό ακόμη και αν το άτομο έχει μολυνθεί.

Η λύση θα μπορούσε να είναι μια νέα, χαμηλού κόστους τεχνολογία βιοαισθητήρα που θα μπορούσε να κάνει τις γρήγορες εξετάσεις στο σπίτι 100 φορές πιο ευαίσθητες σε ιούς όπως η COVID-19. Θα μπορούσε επίσης να επεκτείνει τις δυνατότητες ταχείας διαλογής για άλλες επικίνδυνες παθήσεις όπως ο καρκίνος του προστάτη και η σήψη.

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ ανέπτυξαν μια δοκιμή που συνδυάζει μια φυσική διαδικασία εξάτμισης που ονομάζεται «φαινόμενο δακτυλίου καφέ» με πλασμονική και τεχνητή νοημοσύνη για την ακριβή ανίχνευση βιοδεικτών ασθενειών σε λίγα μόνο λεπτά.

«Αυτή η απλή αλλά ισχυρή τεχνική παρέχει εξαιρετικά ακριβή αποτελέσματα σε ένα κλάσμα του χρόνου που απαιτείται για τις παραδοσιακές διαγνωστικές μεθόδους», δήλωσε ο Kamyar Behrouzi, πρόσφατος υποψήφιος διδάκτορας σε μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα και νανομηχανική στο UC Berkeley.
«Η εργασία μας ανοίγει το δρόμο για πιο προσιτές και οικονομικά προσιτές διαγνωστικές λύσεις, ειδικά για περιοχές με περιορισμένους πόρους».

Μια περιγραφή της τεχνολογίας δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications.

Φαινόμενο Δακτυλίου Καφέ και Νανοσωματίδια

Αν παρατηρήσετε προσεκτικά έναν λεκέ από καφέ ή κρασί, θα παρατηρήσετε ότι είναι πιο σκούρος στις άκρες από ό,τι στο κέντρο. Αυτό οφείλεται σε ένα φυσικό φαινόμενο γνωστό ως φαινόμενο δακτυλίου καφέ: όταν μια σταγόνα υγρού εξατμίζεται, δημιουργεί ένα ρεύμα που ωθεί τα αιωρούμενα σωματίδια προς τις άκρες. Εάν τα σωματίδια είναι χρωματισμένα, όπως στον καφέ ή το κρασί, θα σχηματιστεί ένας πιο σκούρος δακτύλιος γύρω από τις άκρες του λεκέ.

Το 2020, ο Behrouz ανέπτυσσε έναν βιοαισθητήρα για την ανίχνευση της COVID-19 και παρατήρησε ότι σταγονίδια του πειραματικού του διαλύματος άφηναν σημάδια σε σχήμα δακτυλίου όταν στέγνωναν. Συνειδητοποίησε ότι το φαινόμενο του δακτυλίου του καφέ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη συγκέντρωση σωματιδίων του ιού COVID-19, καθιστώντας τα πιο εύκολα στην ανίχνευσή τους.

«Συνειδητοποιήσαμε ότι θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το εφέ για να δημιουργήσουμε κάτι πολύ καλύτερο από ό,τι είχαμε αρχικά σχεδιάσει», είπε ο Μπεχρούζ.

Πώς λειτουργεί το τεστ;

Η τεχνολογία ταχείας δοκιμής χρησιμοποιεί μικροσκοπικά σωματίδια που ονομάζονται πλασμονικά νανοσωματίδια και αλληλεπιδρούν με το φως με έναν ειδικό τρόπο.

1. Ο χρήστης εφαρμόζει μια σταγόνα υγρού που περιέχει πρωτεΐνες που σχετίζονται με την ασθένεια (όπως από ένα στυλεό από το στόμα ή τη μύτη) στη μεμβράνη.
2. Όταν στεγνώσει, η σταγόνα συγκεντρώνει βιοδείκτες ασθένειας στην περιοχή του δακτυλίου του καφέ.
3. Στη συνέχεια, ο χρήστης προσθέτει μια δεύτερη σταγόνα που περιέχει πλασμονικά νανοσωματίδια που «κολλάνε» σε βιοδείκτες ασθενειών.

Εάν υπάρχουν βιοδείκτες, τα νανοσωματίδια σχηματίζουν συγκεκριμένα μοτίβα που αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο το φως αλληλεπιδρά με τη μεμβράνη. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να παρατηρηθούν με γυμνό μάτι ή με μια εφαρμογή smartphone που υποστηρίζεται από τεχνητή νοημοσύνη.

Η τεχνολογία παρέχει αποτελέσματα σε λιγότερο από 12 λεπτά και είναι 100 φορές πιο ευαίσθητη για την COVID-19 από παρόμοια τεστ στο σπίτι.

Εφαρμογή για άλλες ασθένειες

«Μία από τις βασικές πρωτεΐνες που μπορούμε να ανιχνεύσουμε με αυτήν την τεχνική είναι ένας βιοδείκτης για τη σήψη, μια επικίνδυνη φλεγμονώδη απόκριση σε μια βακτηριακή λοίμωξη που μπορεί να αναπτυχθεί πολύ γρήγορα, ειδικά σε άτομα άνω των 50 ετών», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Liwei Lin, καθηγητής μηχανολογίας στο UC Berkeley.
«Κάθε ώρα μετράει, αλλά η καλλιέργεια βακτηρίων για τον εντοπισμό της πηγής της λοίμωξης μπορεί να διαρκέσει μέρες. Η τεχνική μας θα μπορούσε να επιτρέψει στους γιατρούς να ανιχνεύσουν τη σήψη σε 10 έως 15 λεπτά».

Οι επιστήμονες έχουν ήδη δημιουργήσει ένα πρωτότυπο ενός οικιακού τεστ παρόμοιου με τα γρήγορα τεστ COVID-19, με τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα που βοηθούν στη σωστή τοποθέτηση του δείγματος και στην εφαρμογή πλασμονικών σταγονιδίων.

«Κατά τη διάρκεια της πανδημίας COVID-19, βασιστήκαμε σε οικιακά τεστ για να δούμε αν είχαμε μολυνθεί. Ελπίζω ότι η τεχνολογία μας θα κάνει πιο προσιτή την τακτική εξέταση για παθήσεις όπως ο καρκίνος του προστάτη χωρίς να χρειάζεται να φύγουμε από το σπίτι», είπε ο Λιν.