Mini laboratorij za otkrivanje biomarkera bolesti

Napredak u medicinskoj tehnologiji poboljšao je naše zdravlje dijelom i donošenjem ključnih aspekata skrbi, koji su nekada bili teško dostupni, u dom. Praćenje simptoma, pa čak i probir na određene vrste bolesti izvan laboratorija ili kliničkog okruženja, daje veću kontrolu pacijentima.

Novo istraživanje Sveučilišta Illinois pomaže u pružanju praktičnog odgovora na pitanje kako holistički sustav treba izgledati da bi funkcionirao izvan laboratorija?

Istraživanje koje je vodio Han Keun Lee u laboratoriju profesora elektrotehnike i računalnog inženjerstva Briana Cunninghama (voditelj CGD-a), u suradnji s profesorom bioinženjerstva Xing Wangom (CGD), objavljeno je u časopisu IEEE Sensors Journal.

Lee, Cunningham, Wang i njihovi koautori podijelili su dizajn i validaciju uređaja koji nudi mogućnost očitavanja i usporedbe rezultata raznih osjetljivih testova za patogene ili biomarkere povezane s rakom, sve unutar kućišta slične veličine i oblika kutijice za AirPods slušalice.

„Imam ambiciju da otkrivanje raka možemo donijeti u dom. Trenutno, otkrivanje raka često zahtijeva odlazak u bolnicu i vađenje krvi, što su zahtjevi koji mogu postati prepreke za pristup pravovremenoj skrbi“, rekao je Lee. „Moj je posao ovdje moći te testove donijeti svijetu kako bi ih ljudi mogli početi koristiti i imati bolji pristup najsuvremenijim tehnologijama.“

Mnogi kućni testovi funkcioniraju slično testovima na trudnoću ili testovima za zarazne bolesti poput testova na antigen COVID-19. Označene molekule generiraju vidljivu liniju kada je u uzorku prisutna tvar od interesa, što daje jednostavan pozitivan ili negativan rezultat.

Ova vrsta testa je relativno pristupačna i jednostavna za korištenje, ali može imati ograničenu osjetljivost i često daje samo kvalitativne ili polukvantitativne rezultate. Za svaki novi patogen ili biološku molekulu od interesa mora se razviti i nova verzija test trake. 

Druga vrsta testa, koja se obično koristi u laboratoriju, može biti puno točnija i kvantitativnija jer se oslanja na mjerenje fluorescentne boje čiji se signal može pojačati. No mnogi postojeći instrumenti koji se koriste za očitavanje fluorescentnih signala nisu praktični za kućno korištenje ili na mjestu pružanja zdravstvene skrbi. Veliki su, skupi i često zahtijevaju obuku za pravilnu upotrebu.

„Postoji mnogo različitih načina kvantificiranja fluorescentnih testova. Jedan primjer je korištenje kamere za snimanje cijelog područja reakcije... ali to zahtijeva sofisticiranu instrumentaciju“, rekao je Lee. „To je odstupalo od našeg gledišta gdje smo željeli nešto što je vrlo prenosivo, malo i jeftino. Odlučili smo se držati fotodetektora“, jednostavne komponente koja detektira intenzitet svjetlosti bez hvatanja prostornih informacija.

Korištenje jednostavnog detektora svjetlosti ima svoje nedostatke. Jedan detektor ne omogućuje jasnu usporedbu između uzorka koji dolazi od testirane osobe i kontrolnog uzorka koji daje negativni početni rezultat. Lee i njegovi kolege prethodno su dizajnirali kompaktan, jednostavan uređaj koji su nazvali VPod, koji je mogao detektirati fluorescentne signale, ali je mogao mjeriti samo jedan uzorak istovremeno. Njihov novi rad predstavlja poboljšani uređaj, VPodDuo, koji podržava upareni tijek rada testiranja i kontrole, što znači da je u stanju istovremeno mjeriti dva uzorka.

VPodDuo, kao i prethodni VPod, također je prikladan za korištenje na mjestu pružanja zdravstvene skrbi zbog svoje kompatibilnosti s različitim formatima molekularnih testova. Uređaj mjeri zelene fluorescentne signale generirane nekoliko vrsta kemijskih postupaka detekcije, što omogućuje korištenje istog čitača s testovima za različite ciljeve. Istraživački tim pokazao je da VPodDuo može točno detektirati i izmjeriti količine genetskog materijala virusa Zika, HIV-a i bakterije Staphylococcus aureus  osjetljive na meticilin , kao i ljudske genetske markere koji ukazuju na moguću prisutnost stanica raka.

Svestranost i točnost VPodDua čine ga vrijednim znanstvenim uređajem. Da bi bio praktičan za primjenu na mjestu pružanja zdravstvene zaštite, morao je biti i prenosiv i jednostavan za korištenje.

Lee i njegovi koautori dizajnirali su uređaj za bežično povezivanje s mobilnim uređajem, dizajnirali softversku aplikaciju s intuitivnim korisničkim sučeljem za pomoć u radu i interpretaciji rezultata te ugradili zaštitne mjere za zaštitu od slučajne zlouporabe.

Sve ove značajke usmjerene su na njihov ukupni cilj stvaranja tijeka rada za testiranje na mjestu pružanja zdravstvene zaštite koji se može koristiti izvan centraliziranih laboratorija.