Od COVIDu k rakovině: Nový domácí test detekuje nemoci s ohromující přesností

Bolí vás v krku a máte ucpaný nos? Díky rychlým domácím testům je snadné zjistit, zda máte vážné onemocnění, jako je COVID-19, nebo jen jarní alergie. Navzdory své rychlosti a pohodlí jsou však tyto testy méně citlivé než testy používané v klinikách. To znamená, že výsledek může být negativní, i když je daná osoba nakažená.

Řešením by mohla být nová, nízkonákladová technologie biosenzorů, která by mohla rychlé domácí testy stokrát zvýšit citlivost na viry, jako je COVID-19. Mohla by také rozšířit možnosti rychlého screeningu dalších nebezpečných onemocnění, jako je rakovina prostaty a sepse.

Vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley vyvinuli test, který kombinuje přirozený proces odpařování zvaný „efekt kávového kroužku“ s plazmonikou a umělou inteligencí, aby přesně detekoval biomarkery onemocnění během několika minut.

„Tato jednoduchá, ale účinná technika poskytuje vysoce přesné výsledky za zlomek času potřebného k tradičním diagnostickým metodám,“ řekl Kamyar Behrouzi, nedávný doktorand v oboru mikroelektromechanických systémů a nanoinženýrství na Kalifornské univerzitě v Berkeley.
„Naše práce otevírá cestu k dostupnějším a cenově dostupnějším diagnostickým řešením, zejména pro regiony s omezenými zdroji.“

Popis technologie byl publikován v časopise Nature Communications.

Efekt kávového kroužku a nanočástice

Pokud se pozorně podíváte na skvrnu od kávy nebo vína, všimnete si, že je na okrajích tmavší než uprostřed. Je to způsobeno fyzikálním jevem známým jako efekt kávového prstence: když se kapka kapaliny odpaří, vytvoří proud, který tlačí suspendované částice k okrajům. Pokud jsou částice pigmentované, jako je tomu u kávy nebo vína, vytvoří se kolem okrajů skvrny tmavší prstenec.

V roce 2020 Behrouz vyvíjel biosenzor pro detekci COVID-19 a všiml si, že kapičky jeho experimentálního roztoku zanechávají po zaschnutí prstencové stopy. Uvědomil si, že efekt kávového prstence by mohl být využit ke koncentraci virových částic COVID-19, což by usnadnilo jejich detekci.

„Uvědomili jsme si, že tento efekt můžeme využít k vytvoření něčeho mnohem lepšího, než jsme původně plánovali,“ řekl Behrouz.

Jak test funguje?

Technologie rychlých testů využívá drobné částice zvané plazmonické nanočástice, které interagují se světlem zvláštním způsobem.

1. Uživatel aplikuje na membránu kapku tekutiny obsahující proteiny spojené s onemocněním (například z tamponu z úst nebo nosu).
2. Po zaschnutí kapka koncentruje biomarkery onemocnění v oblasti kávového kroužku.
3. Uživatel poté přidá druhou kapku obsahující plazmonické nanočástice, které se „přilepí“ k biomarkerům onemocnění.

Pokud jsou přítomny biomarkery, nanočástice vytvářejí specifické vzory, které mění způsob, jakým světlo interaguje s membránou. Tyto změny lze pozorovat pouhým okem nebo pomocí aplikace pro chytré telefony s umělou inteligencí.

Technologie poskytuje výsledky za méně než 12 minut a je 100krát citlivější na COVID-19 než podobné testy prováděné doma.

Aplikace pro jiná onemocnění

„Jedním z klíčových proteinů, které můžeme touto technikou detekovat, je biomarker sepse, což je nebezpečná zánětlivá reakce na bakteriální infekci, která se může vyvinout velmi rychle, zejména u lidí starších 50 let,“ uvedl hlavní autor studie Liwei Lin, profesor strojního inženýrství na Kalifornské univerzitě v Berkeley.
„Každá hodina se počítá, ale kultivace bakterií k identifikaci zdroje infekce může trvat dny. Naše technika by mohla lékařům umožnit detekovat sepsi během 10 až 15 minut.“

Vědci již vytvořili prototyp domácího testu podobného rychlým testům na COVID-19 s 3D tištěnými komponenty, které pomáhají správně umístit vzorek a aplikovat plazmonické kapky.

„Během pandemie COVID-19 jsme se spoléhali na domácí testy, abychom zjistili, zda jsme nakaženi. Doufám, že naše technologie zpřístupní pravidelné screeningové vyšetření na onemocnění, jako je rakovina prostaty, aniž bychom museli opustit domov,“ řekl Lin.