Нанозлатото улавя болести за 15 минути: NasRED отчита стотици молекули в капка кръв

ACS Nano описа преносим диагностичен тест, наречен NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection - бързо електронно откриване с наночастици ): той използва златни наночастици и електрооптично отчитане за откриване на антигени и антитела срещу инфекции при свръхниски концентрации - до субфемтомоларно/атомоларно ниво. Тестването за COVID-19 показа точно разграничаване от други инфекции, времето за реакция беше ~15 минути, а цената на теста - около $2. Според авторите, чувствителността е ~3000 пъти по-висока от ELISA, необходима е 16 пъти по-малко проба и резултатът е 30 пъти по-бърз.

Предистория

• Защо отново PoC диагностика и как да се измери нейният успех. В реалната практика са необходими тестове на място (на място, бързи, евтини), които отговарят на критериите ASSURED/REASSURED: Достъпни, Чувствителни, Специфични, Лесни за употреба, Бързи/Надеждни, Без оборудване/Опростени, Доставени плюс Свързаност в реално време и лекота на събиране на проби. Повечето „домашни“ тестове все още не покриват всички точки, особено „S“ - чувствителност. Оттук и надпреварата за методи, които ще осигурят лабораторно ниво на чувствителност без лаборатория.
• Където класиките зациклят.
  • LAT лентите (антигенни тестове) са бързи и евтини, но чувствителността спрямо PCR е умерена и силно зависима от вирусното натоварване/времето на заболяването; дори най-добрите комплекти често не достигат „лабораторната“ чувствителност.
  • ELISA е точен, но изисква реактиви, промивни устройства/четци, инкубации - това отнема часове и е необходимо лаборатория; съществуващите „подобрени“ версии по-ниски прагове, но за сметка на сложността на протокола. За полеви скрининг това са бариери.
• Защо златни наночастици? AuNPs са работната сила на биосензорите: те имат ясно изразен плазмонен отговор (абсорбцията/разсейването се променят при агрегация или при промяна на средата), удобна повърхностна химия за конюгация протеин/аптамер и добра стабилност. Това позволява конструирането на тестове, при които връзката „анализирана молекула ↔ наночастица“ се преобразува в оптичен/електронен сигнал без сложна оптика.
• Електро-/опто-електронно отчитане като стъпка напред. Ключът към PoC е опростяването на откриването: вместо големи спектрофотометри, използвайте LED + прост фотосензор/електроника и отчитайте промяната в прозрачността/разсейването или „утаяването“ на функционализирани наночастици при свързване с целта. Такива схеми осигуряват голям динамичен диапазон и бързо време за реакция, като същевременно поддържат ниски граници на откриване. Тук се намесва NasRED.
• Защо е важно да можем да виждаме както антигени, така и антитела? За инфекции на различни етапи, някои цели са по-информативни от други: антиген за ранна активна инфекция, антитела за факта на минала/настояща инфекция със сероконверсия или оценка на имунния отговор. Платформи, които модулно „преквалифицирани“ от антигени към антитела (и обратно), се мащабират по-бързо за нови патогени/задачи.
• Контекстът на тази конкретна статия. В демонстрация върху SARS-CoV-2, NasRED демонстрира откриване на субфемтомоларни нива на антигени/антитела за ~15 минути от микрообем (около 6 µl) и точно разграничаване на COVID-19 от други инфекции; твърди се, че платформата е адаптивна към токсини, туморни маркери и др. Това запълва разликата между „лентата“ и лабораторията по отношение на чувствителност и скорост. Последицата е потенциалът за ранно откриване при ниска разпространеност и в условия с ограничени ресурси.
• Но свръхчувствителността е свързана и с рискове. Колкото по-нисък е прагът, толкова по-големи са изискванията за чистота, контрол на кръстосаните реакции и управление на фалшиво положителните резултати. Следователно, всяка нова „цел“ на платформата изисква отделни клинични валидации и стрес тестове за матрични ефекти (кръв, слюнка, назофаринкс) и стабилност на консумативите в реални вериги за доставки.
• Защо това е логична посока за еволюцията на тестовете. Областта вече се е научила да „разбива“ пикомоларните бариери (цифров ELISA, подобрени LF формати), но по-често за сметка на скъпо оборудване/сложни протоколи. AuNP платформите с просто електронно отчитане се стремят да комбинират ултрачувствителност с евтин хардуер - точно това, което изискват критериите ASSURED/REASSURED.

Как работи това

• Златните наночастици са покрити с разпознаващи молекули. За търсене на вирусен протеин се използват антитела; за улавяне на антителата на пациента се използват вирусни антигени.
• Тези частици се добавят към малка проба (капка кръв/слюнка/носна течност). Ако пробата съдържа мишена, повечето от наночастиците се слепват и се утаяват на дъното на епруветката. Ако няма мишена, суспензията остава мътна.
• Устройството пропуска LED лъч през горната част на течността, а електронен сензор измерва колко светлина преминава: повече светлина = частиците са „паднали“, което означава, че има мишена. Всичко това без обемиста оптика и сложна подготовка на пробите.

Какво точно беше показано в новата творба

• COVID-19: NasRED надеждно открива антигени и антитела на SARS-CoV-2 на нива, при които стандартните методи се провалят, и диференцира COVID-19 от други инфекции. При мокри тестове с цели коронавирусни частици чувствителността е сравнима с Abbott ID NOW (популярен молекулярен тест), но с предимство в скоростта/простотата.
• Праг на откриване: Екипът е увеличил чувствителността в атомоларния диапазон (пример от прессъобщението: „капка мастило в 20 олимпийски басейна“). Заглавието на статията подчертава субфемтомоларното ниво.
• Модулност: същите „празни“ наноплатформи могат бързо да бъдат препрограмирани за други цели, от E. coli (Шига токсин) до туморни маркери и протеини на Алцхаймер; прототип на тази технология преди това е улавял Ебола от малки обеми кръв.

Защо това е важно?

• Лабораторно тестване — без лабораторията. Належаща нужда в здравеопазването е бързото, точно и евтино тестване в точката на предоставяне на медицинска помощ (PoC). NasRED запълва пропастта между бързите тест-ленти и „тежката“ лаборатория: ~$2 на тест, ~15 минути, минимално оборудване и обучение. Това е от решаващо значение за полеви условия и региони с ниски ресурси.
• Ранно откриване при ниска разпространеност. Когато случаите са малко (ранни огнища, рискови групи за ХИВ/HCV, борелиоза), не е рентабилно да се стартират лабораторни вериги и пациентите просто не се тестват. Ултрачувствителният PoC тест ви позволява да търсите игла в купа сено — и да го направите на място.

С колко е това „по-добро от стандартното“?

Авторите предоставят сравнения: ≈3000× по-чувствителен от ELISA, 16× по-малък обем на пробата, 30× по-бързо време за реакция; в абсолютни концентрации, стотици молекули в субмикролитри, „почти 100 000 пъти по-чувствителен от стандартните лабораторни тестове“ (оценка от институционално публикуване). Тези числа се отнасят за бенчмаркове при условия на изследване и изискват външна валидация.

Какво вече е ясно за „болковите точки“

• Засега подготовката на пробите изисква настолни мини-центрофуги/миксери; екипът работи върху миниатюризация и автоматизация, с цел напълно джобен формат и потенциално домашен тест.
• Заявената универсалност (модули за различни заболявания) е отлична на хартия, но за клиниката са необходими отделни клинични изпитвания за всяка аналитична цел (HIV, HCV, борелиоза и др.) с тестване на кръстосани реакции, стабилност на реагентите и качество на веригата за доставки.

Къде може да стигне това?

В обозримо бъдеще NasRED изглежда като платформа: едно устройство + сменяеми сензорни „приставки“ за желания маркер. Ако модулността бъде потвърдена, този подход би могъл да ускори внедряването на тестове за нови огнища и да разшири PoC диагностиката в клиники, спешни отделения, мобилни пунктове и дори в мобилни екипи за труднодостъпни групи.

Източник: Choi Y. et al. Бързо и електронно откриване на антитела и антигени срещу SARS-CoV-2 на субфемтомоларно ниво, поддържано от наночастици. ACS Nano, публикувано на 11 август 2025 г. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083