Для тестирования этих переносимых комарами вирусов в настоящее время требуется лаборатория, и пациенты могут ждать результатов несколько дней. Для испытаний требуются инструменты размером примерно с микроволновую печь и могут стоить до 20 000 долларов. Это делает невозможным быстрое тестирование для клиник с ограниченными ресурсами в развивающихся странах, где распространены вирусы.Команда Sandia описывает свой прототип быстрого тестирования в статье, опубликованной на этой неделе в журнале Scientific Reports: «Диагностическая платформа для смартфонов для быстрого обнаружения вирусов Зика, чикунгунья и денге».
Смартфон — ключевая особенность устройства. «Помимо создания приложения, которое служит простым интерфейсом для управления устройством, мы смогли адаптировать датчики камеры смартфона для замены традиционных инструментов анализа лабораторных проб, что обеспечило беспрецедентную мобильность», — сказал инженер-химик и ведущий автор исследования Аашиш Прие.Лаборатория в коробке
Устройство команды Sandia основано на методе диагностики изотермической амплификации (LAMP), который исключает необходимость обработки биологического образца, такого как кровь или моча, перед тестированием. Обычное вирусное тестирование включает транспортировку образца в лабораторию, извлечение из него ДНК или РНК, а затем размножение генетических материалов с помощью процесса, называемого полимеразной цепной реакцией (ПЦР). Этот процесс включает многократное нагревание и охлаждение образца, так что любая вирусная ДНК / РНК в образце реплицируется в достаточной степени для обнаружения.
Многократное нагревание и охлаждение образца требует больших затрат энергии и требует сложной ПЦР-машины. Для обнаружения скопированного вирусного материала также требуются дорогостоящие компоненты, такие как флуориметры. Сложность и дороговизна традиционных машин для ПЦР были основными препятствиями при перемещении устройств для ПЦР за пределы лабораторий в клиники, где они больше всего нужны.
Как и ПЦР, LAMP копирует вирусную ДНК / РНК, но без цикла нагрева и охлаждения мощный источник питания не нужен. Добавление нескольких тщательно разработанных биохимических агентов позволяет ящику LAMP тестировать образец, который нагревается только один раз до 65 градусов по Цельсию (150 градусов по Фаренгейту) в течение получаса.LAMP также устраняет необходимость в дополнительной пробоподготовке перед тестированием. «Мы продемонстрировали, что химический состав, который мы используем, может усилить вирусную РНК прямо из сырых, необработанных образцов», — сказал инженер-химик Sandia и руководитель проекта Роберт Мигер. «Это идеальный вариант для сценария тестирования на месте, потому что вам не нужно дополнительное оборудование для выделения ДНК или РНК».Мегер и его команда ранее разработали метод, объединяющий LAMP с дополнительной техникой обнаружения, чтобы они могли тестировать несколько вирусов одновременно.
Этот другой метод, известный как подавление репортеров некорпоративных сигналов амплификации (QUASR), включает в себя пометку фрагментов синтезированной вирусной ДНК, называемых праймерами, флуорофорами — молекулами, излучающими яркие световые сигналы. Праймеры включаются в нагретый и амплифицированный образец ДНК.
Затем QUASR заставляет образцы, содержащие вирусную ДНК / РНК, казаться яркими, а отрицательные реакции остаются темными.Тестирование в одно касаниеДля проекта Zika команда Мигера разработала новый алгоритм, который позволяет сенсору смартфона действовать как флуориметр, обнаруживая световые сигналы QUASR LAMP, если они появляются. LAMP работает настолько просто, что пользователю нужно только положить смартфон на коробку LAMP и открыть приложение.
Приложение включает нагреватель, чтобы вызвать реакцию ЛАМПЫ.
По истечении 30-минутного периода тестирования смартфон фотографирует образец. Затем приложение использует новый алгоритм анализа изображений для точного определения цвета и яркости свечения, испускаемого в результате реакции ЛАМПЫ. Этот анализ изображений с помощью смартфона обеспечивает гораздо большую точность обнаружения, чем невооруженный глаз лаборанта.
Вирус Зика был связан с серьезными аномалиями плода, включая микроцефалию и врожденную слепоту, а также с неврологическими расстройствами, которые могут поражать людей в любом возрасте. Обеспечивая диагностику за полчаса, устройство может помочь клиницистам быстрее принимать решения об уходе за пациентом и изоляции и быстро предупреждать органы общественного здравоохранения, чтобы они могли принять меры для предотвращения распространения вируса.
Кроме того, Зика, денге и чикунгунья распространяются одним и тем же типом комаров и имеют схожие ранние симптомы. Прототип диагностического инструмента Sandia может позволить поставщикам медицинских услуг быстро проводить тестирование всех трех одновременно, предотвращая ошибочные диагнозы.
Этот же инструмент может быть адаптирован для обнаружения других патогенов человека или животных.Стоимость изготовления прототипа коробки LAMP для тестирования на эти вирусы во многом зависит от стоимости телефона, выбранного для использования с ним. «В мире существуют миллиарды смартфонов, даже в развивающихся странах, и для этого инструмента не требуется смартфон самого высокого класса на рынке», — сказала Прие. «Требуется только оптический датчик и возможность запускать приложение». Смартфон, использованный в успешных испытаниях прототипа Sandia, стоил всего 20 долларов.
Сверхдоступный и ультракомпактный прототип коробки от вируса Зика однажды может стать основным продуктом в клиниках по всему миру.