SARS, Zika ve Ebola dahil olmak üzere büyük salgınlar ve H1N1 ve COVID-19 gibi salgınlar son yirmi yılda dünyayı sardı. Bulaşıcı hastalık salgınları artan bir düzenlilikle ortaya çıktıkça, salgınları kontrol altına almak ve pandemileri önlemek için viral teşhis ve sürveyans testi kapasitesini genişletme ihtiyacı giderek daha belirgin hale geliyor. liderliğindeki araştırmacılar dino di carlo ve Sam Eminejad Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles'tan (UCLA) şimdi ("ferrobotlar" olarak adlandırılan) milimetre büyüklüğünde bir mıknatıs sürüsüne dayalı, elde taşınabilir bir viral teşhis testi geliştirdi. Teknoloji, maliyetleri ve kıt kaynakların kullanımını en aza indirirken, hastalık testinin verimini önemli ölçüde artırabilir.
Teşhis laboratuvarı kitinin açıklaması Tabiat, araştırmacılar, platformun çoklu ve havuzlanmış viral testler için çalışma prensibini ve uyarlanabilirliğini ana hatlarıyla belirtiyor. Ayrıca COVID-19 semptomları olan bireylerden alınan numunelerin kullanıldığı bir klinik çalışmanın sonuçlarını da rapor ederler. Altın standart ters transkripsiyon-polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) testi kullanılarak COVID-19 için test edilen aynı numunelerle laboratuvar kiti kullanılarak yapılan test sonuçlarının karşılaştırılması, %98'lik bir test duyarlılığı ve %100'lük bir özgüllük ortaya çıkardı.
Tedarik kıtlığının üstesinden gelinmesi ve maliyetin düşürülmesi
Viral teşhis ve sürveyans testi seçenekleri arasında, nükleik asit amplifikasyon testleri (NAAT'ler), antijen ve antikor bazlı testlere göre hassasiyet, özgüllük ve önceden spesifik teşhis antikorları üretilmeden hızlı provizyon yeteneği açısından açık avantajlar gösterir. Bununla birlikte, önceki NAAT tabanlı test platformları, esnek iş akışlarına ulaşmak ve hastalık tarama verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için gereken entegre sıvı işleme, analiz ve otomatik geri bildirim süreçlerini gerçekleştiremedi.
Bu eksikliğin üstesinden gelmek için UCLA araştırmacıları, sıvı işleme ve biyoanalitik operasyonları paralel bir şekilde gerçekleştiren avuç içi boyutunda baskılı devre kartı tabanlı programlanabilir bir platform oluşturdu. Hacimli, yoğun kaynak kullanan araçlar gerektiren önceki yöntemlerin aksine minyatür platform, geniş bir viral yaygınlık aralığında önemli maliyet tasarrufları sağlarken aynı zamanda yüksek hassasiyet, sağlamlık, uyarlanabilirlik ve ölçeklenebilirlik sunar.
Emaminejad, "Elde kullanılan laboratuvar teknolojimiz, özellikle bir salgının erken dönemlerinde, hastalığın yayılmasını kontrol etmenin en önemli olduğu zamanlarda, kıtlık ve testlere erişim gibi bazı engellerin aşılmasına yardımcı olabilir" diyor. "Ayrıca, yetersiz tedarik ve yüksek talep konularını ele alma potansiyelinin ötesinde, sahada birçok hastalık türünü test etmek için geniş çapta ve laboratuvar kalitesinde kalitede uyarlanabilir."
Çoklu ve havuzlanmış teste geçiş
Araştırmacılar, bir virüsten (bu durumda COVID-2'a neden olan SARS-CoV-19) genetik materyalin varlığını tespit etmek için bir dizi operasyon geliştirdi. Devre kartı, reaksiyon ürününü (DNA) çoğaltmak için numune damlacıklarının otomatik taşınması, alikuotlanması, birleştirilmesi, karıştırılması ve ısıtılması dahil olmak üzere teşhis NAAT iş akışı aracılığıyla manyetize numuneleri taşımak için bir ferrobot sürüsünü kontrol eder. Son olarak, sonuçlar, testin bir eşiğin üstünde veya altında, sırasıyla pozitif veya negatif olarak ikili olarak yorumlanmasını sağlayan bir pH göstergesinin renk değişimine dayalı olarak belirlenir.
UCLA araştırmacıları ayrıca, devredeki elektromanyetik karoları kullanarak ferrobotların birçoğunu aynı anda hareket ettiren paralelleştirmeyi ve ayrıca her bir ferrobot tarafından işbirlikçi bir şekilde sıralı görev operasyonlarını (diğer ferrobotlarla koordinasyon içinde) gösterdi.
Di Carlo, "Bu platformun kompakt tasarımı ve örneklerin otomatik olarak işlenmesi, aynı anda düzinelerce hasta örneğini test edebileceğiniz ve tümü şu anda yalnızca bir hastayı test etmek için gereken aynı malzemelerle yapabileceğiniz birleştirilmiş testlerin kolay uygulamalarını mümkün kılıyor" diyor. "Örneğin, sadece birkaç düzine test kitiyle öğrencileri tüm bir üniversite yurdunda test edebilirsiniz."
Uyarlanabilir biyosensör, COVID-19 virüsünü ve antikorlarını hızla tespit eder
Tek bir tahlilde 16 adede kadar numuneyi test edebilen havuzlanmış bir test algoritması uygulayarak, sistem numuneleri ayrı ayrı test etmek için gerekenden çok daha düşük reaktif maliyetleri gerektirir. Birleştirilmiş test pozitif bir sonuç gösterdiyse, gerçek pozitif numuneler tanımlanana kadar platform içinde müteakip kolaylaştırılmış bir dizi işlem gerçekleştirilir. Sonuç olarak, araştırmacılar, viral prevalansa bağlı olarak kimyasal reaktif maliyetlerinin 10 ila 300 kat azaltılabileceğini belirtiyor.
Platform, aynı anda birkaç hastalık için test yapmanın yanı sıra, çok sayıda girdi örneğini geldiklerinde paralel ve eşzamansız olarak analiz ederek toplu işlemeyle ilişkili bekleme sürelerini ortadan kaldırabilir. Bu nedenle ekip, bu teknolojinin salgın ve pandemik hazırlık için küresel olarak test kapasitesini artırmak için umut verici bir çözüm olarak hizmet ettiği sonucuna varıyor.
