От COVID до рак: Нов домашен тест открива заболявания с удивителна точност

Имате болки в гърлото и запушен нос? Появата на бързи домашни тестове улесни определянето дали имате сериозно заболяване като COVID-19 или просто пролетни алергии. Но въпреки бързината и удобството си, тези тестове са по-малко чувствителни от използваните в клиниките. Това означава, че резултатът може да е отрицателен, дори ако човекът е заразен.

Решението може да бъде нова, нискобюджетна биосензорна технология, която би могла да направи бързите тестове в домашни условия 100 пъти по-чувствителни към вируси като COVID-19. Тя би могла също така да разшири възможностите за бърз скрининг за други опасни състояния като рак на простатата и сепсис.

Учени от Калифорнийския университет в Бъркли са разработили тест, който комбинира естествен процес на изпаряване, наречен „ефект на кафеен пръстен“, с плазмоника и изкуствен интелект, за да открие точно биомаркери на заболявания само за минути.

„Тази проста, но мощна техника осигурява високоточни резултати за част от времето, необходимо за традиционните диагностични методи“, каза Камяр Бехрузи, наскоро защитил докторантурата си по микроелектромеханични системи и наноинженерство в Калифорнийския университет в Бъркли.
„Нашата работа проправя пътя за по-достъпни диагностични решения, особено за региони с ограничени ресурси.“

Описание на технологията е публикувано в списанието Nature Communications.

Ефектът на кафения пръстен и наночастиците

Ако се вгледате внимателно в петно от кафе или вино, ще забележите, че е по-тъмно по краищата, отколкото в центъра. Това се дължи на физическо явление, известно като ефект на пръстена от кафе: когато капка течност се изпари, тя създава поток, който избутва суспендираните частици към краищата. Ако частиците са пигментирани, както е при кафето или виното, около краищата на петното ще се образува по-тъмен пръстен.

През 2020 г. Бехруз разработвал биосензор за откриване на COVID-19 и забелязал, че капчици от експерименталния му разтвор оставят пръстеновидни следи, когато изсъхнат. Той осъзнал, че ефектът на кафеения пръстен може да се използва за концентриране на вирусните частици на COVID-19, което улеснява откриването им.

„Осъзнахме, че можем да използваме този ефект, за да създадем нещо много по-добро от първоначално планираното“, каза Бехруз.

Как работи тестът?

Технологията за бързи тестове използва малки частици, наречени плазмонни наночастици, които взаимодействат със светлината по специален начин.

1. Потребителят нанася капка течност, съдържаща протеини, свързани с болестта (например от тампон от устата или носа), върху мембраната.
2. Когато изсъхне, капката концентрира биомаркери на заболяването в областта на кафеения пръстен.
3. След това потребителят добавя втора капка, съдържаща плазмонични наночастици, които се „прилепват“ към биомаркерите на заболяването.

Ако са налични биомаркери, наночастиците образуват специфични модели, които променят начина, по който светлината взаимодейства с мембраната. Тези промени могат да се видят с просто око или с приложение за смартфон, задвижвано от изкуствен интелект.

Технологията предоставя резултати за по-малко от 12 минути и е 100 пъти по-чувствителна за COVID-19 от подобни тестове за домашно приложение.

Приложение при други заболявания

„Един от ключовите протеини, които можем да открием с тази техника, е биомаркер за сепсис, опасен възпалителен отговор на бактериална инфекция, който може да се развие много бързо, особено при хора над 50 години“, каза старшият автор на изследването Ливей Лин, професор по машинно инженерство в Калифорнийския университет в Бъркли.
„Всеки час е от значение, но култивирането на бактерии за идентифициране на източника на инфекцията може да отнеме дни. Нашата техника би могла да позволи на лекарите да открият сепсис за 10 до 15 минути.“

Учените вече са създали прототип на домашен тест, подобен на бързите тестове за COVID-19, с 3D-отпечатани компоненти, които помагат за правилното позициониране на пробата и нанасяне на плазмонни капчици.

„По време на пандемията от COVID-19 разчитахме на домашни тестове, за да видим дали сме заразени. Надявам се, че нашата технология ще направи по-достъпни редовните скринингови изследвания за заболявания като рак на простатата, без да се налага да напускаме дома си“, каза Лин.