پلت فرم تشخیصی دستی می تواند به مبارزه با اپیدمی ها کمک کند

اپیدمی‌های بزرگ، از جمله سارس، زیکا و ابولا، و همه‌گیری‌هایی مانند H1N1 و COVID-19 در دو دهه گذشته جهان را فراگرفته است. از آنجایی که شیوع بیماری های عفونی با افزایش منظم ظاهر می شود، نیاز به گسترش ظرفیت تست های تشخیصی و نظارتی ویروسی برای مهار اپیدمی ها و جلوگیری از همه گیری ها به تدریج آشکار می شود. محققان به رهبری دینو دی کارلو و سام امامی نژاد از دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس (UCLA) در حال حاضر یک آزمایش تشخیصی ویروسی دستی بر اساس انبوهی از آهنرباهای میلی متری (که "فروبات ها" نامیده می شوند) توسعه داده اند. این فناوری می تواند به طور قابل توجهی توان عملیاتی آزمایش بیماری را افزایش دهد و در عین حال هزینه ها و استفاده از منابع کمیاب را به حداقل برساند.

تشریح کیت آزمایشگاهی تشخیصی در طبیعت، محققان اصل کار و سازگاری پلت فرم را برای آزمایش ویروسی چندگانه و تلفیقی بیان می کنند. آنها همچنین نتایج یک مطالعه بالینی را با استفاده از نمونه‌هایی از افراد مبتلا به علائم COVID-19 گزارش می‌کنند. مقایسه نتایج آزمایش با استفاده از کیت آزمایشگاهی با همان نمونه‌های آزمایش شده برای COVID-19 با استفاده از روش استاندارد طلایی رونویسی معکوس واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (RT-PCR) حساسیت آزمون 98٪ و ویژگی 100٪ را نشان داد.

غلبه بر کمبود عرضه و کاهش هزینه

در میان گزینه‌های آزمایش تشخیصی و نظارتی ویروسی، آزمایش‌های تقویت اسید نوکلئیک (NAATs) مزایای واضحی را نسبت به آزمایش‌های مبتنی بر آنتی‌ژن و آنتی‌بادی از نظر حساسیت، ویژگی و قابلیت ارائه سریع بدون تولید قبلی آنتی‌بادی‌های تشخیصی خاص نشان می‌دهند. با این حال، پلت‌فرم‌های آزمایشی مبتنی بر NAAT قادر به انجام فرآیندهای پردازش مایع، تجزیه و تحلیل و بازخورد خودکار مورد نیاز برای دستیابی به جریان‌های کاری انعطاف‌پذیر و به حداکثر رساندن کارایی غربالگری بیماری نبودند.

برای غلبه بر این کمبود، محققان UCLA یک پلت فرم قابل برنامه ریزی مبتنی بر برد مدار چاپی به اندازه کف دست ایجاد کردند که عملیات جابجایی مایعات و تجزیه و تحلیل زیستی را به صورت موازی انجام می دهد. برخلاف روش‌های قبلی که به ابزارهای حجیم و پرمصرف نیاز داشتند، پلتفرم کوچک شده صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه در طیف گسترده‌ای از شیوع ویروسی ارائه می‌دهد، در حالی که به طور همزمان دقت، استحکام، سازگاری و مقیاس‌پذیری بالایی را ارائه می‌دهد.

امامی نژاد می‌گوید: «فناوری آزمایشگاه دستی ما می‌تواند به غلبه بر برخی از موانع کمبود و دسترسی به آزمایش‌ها، به ویژه در اوایل همه‌گیری، زمانی که کنترل شیوع بیماری بسیار حیاتی است، کمک کند.» و فراتر از پتانسیل آن برای رسیدگی به مسائل کمبود منابع و تقاضای بالا، می‌تواند به طور گسترده برای آزمایش انواع بیماری‌ها در این زمینه و با کیفیت آزمایشگاهی سازگار شود.

انتقال به تست مالتی پلکس و تلفیقی

محققان مجموعه ای از عملیات را برای تشخیص وجود ماده ژنتیکی از یک ویروس - در این مورد، SARS-CoV-2 که باعث COVID-19 می شود، توسعه دادند. برد مدار دسته ای از فروربات ها را برای انتقال نمونه های مغناطیسی از طریق گردش کار تشخیصی NAAT، از جمله حمل و نقل خودکار، جداسازی، ادغام، مخلوط کردن و گرم کردن قطرات نمونه برای تقویت محصول واکنش (DNA) کنترل می کند. در نهایت، نتایج بر اساس تغییر رنگ یک نشانگر pH تعیین می‌شوند، که تفسیر دوتایی تست را، به ترتیب در بالا یا پایین یک آستانه، به ترتیب مثبت یا منفی می‌سازد.

محققان UCLA همچنین موازی‌سازی را نشان دادند - حرکت همزمان بسیاری از فروربات‌ها با استفاده از کاشی‌های الکترومغناطیسی در مدار - و همچنین عملیات متوالی کار به روشی مشترک توسط هر فروربات (در هماهنگی با فروربات‌های دیگر).

دی کارلو می‌گوید: «طراحی فشرده این پلت‌فرم و مدیریت خودکار نمونه‌ها، اجرای آسان آزمایش‌های تلفیقی را امکان‌پذیر می‌سازد که در آن می‌توانید ده‌ها نمونه بیمار را به طور همزمان آزمایش کنید، و همه با همان موادی که در حال حاضر برای آزمایش تنها یک بیمار نیاز است.» برای مثال، شما می‌توانید دانش‌آموزان را در کل محل اقامت کالج فقط با چند ده کیت تست امتحان کنید.»

با اجرای یک الگوریتم آزمایش تلفیقی، که می تواند تا 16 نمونه را در یک سنجش آزمایش کند، سیستم به هزینه معرف بسیار کمتری نسبت به آزمایش نمونه ها به صورت جداگانه نیاز دارد. اگر آزمایش تلفیقی یک نتیجه مثبت را نشان داد، مجموعه ای ساده از عملیات بعدی در داخل پلت فرم انجام می شود تا زمانی که نمونه های مثبت واقعی شناسایی شوند. در نهایت، محققان خاطرنشان می کنند، هزینه های معرف های شیمیایی بسته به شیوع ویروسی می تواند 10 تا 300 برابر کاهش یابد.

علاوه بر آزمایش چندین بیماری به طور همزمان، این پلت فرم می‌تواند تعداد زیادی از نمونه‌های ورودی را به صورت موازی و ناهمزمان با رسیدن آنها تجزیه و تحلیل کند و از زمان انتظار مرتبط با پردازش دسته‌ای اجتناب کند. به این ترتیب، تیم به این نتیجه رسید که این فناوری به عنوان یک راه حل امیدوارکننده برای افزایش ظرفیت آزمایش در سطح جهانی برای آمادگی همه گیر و همه گیر عمل می کند.