исследования крови

Инфекционные болезни остаются серьезной угрозой человечеству: ежегодно они убивают более 10 млн человек по всему миру и становятся основной причиной смертности в странах с низким доходом. Кроме того, миллионы человек умирают или остаются инвалидами из-за ошибок диагностики, хотя многие из их заболеваний поддаются лечению на ранних стадиях. В бедных и отдалённых регионах надёжных диагностических тестов зачастую просто нет: дорогое оборудование, нехватка специалистов и долгие сроки ожидания результатов приводят к задержкам или отсутствию диагноза — нередко с летальным исходом.

В новом исследовании учёные Университета Аризоны представили недорогой и портативный тест под названием NasRED (Nanoparticle-Supported Rapid Electronic Detection). Он позволяет выявлять инфекции на ранних стадиях и предотвращать крупные вспышки заболеваний.

Инфекцию в организме можно распознать двумя способами:

• по фрагментам самого вируса или бактерии,
• или по антителам, которые вырабатывает иммунная система в ответ.

NasRED использует сразу оба метода. Одни золотые наночастицы покрыты антителами и «узнают» белки вирусов или бактерий в крови зараженного человека. Другие же несут на себе антигены — небольшие белковые фрагменты патогена, которые связывают антитела организма. Так тест фиксирует как наличие возбудителя, так и иммунный ответ на него.

Каплю крови, слюны или носового секрета смешивают с наночастицами в пробирке. Если инфекция есть, частицы связываются с белками и оседают на дно. Если болезни нет — они остаются во взвешенном состоянии. Чтобы увидеть результат, устройство пропускает через жидкость свет и с помощью датчика измеряет прозрачность верхнего слоя. Чем он прозрачнее, тем больше частиц осело — значит, инфекция обнаружена.

Тест настолько чувствителен, что способен уловить несколько сотен молекул — в 100 000 раз меньше, чем нужно для стандартных лабораторных анализов. Кроме того, NasRED компактный, простой в использовании и дешёвый: один тест обходится примерно в $2. Хотя для работы всё ещё нужны небольшие настольные приборы для центрифугирования и смешивания образцов, исследователи планируют дальнейшее упрощение и автоматизацию процесса.

Технологию уже испытали на разных инфекциях, включая Эболу, COVID-19, болезнь Лайма и другие. Ранние версии NasRED успешно выявляли вирус Эболы даже по крошечным образцам крови. «В новой версии мы довели чувствительность до аттомолярного диапазона — это как найти одну каплю чернил в 20 олимпийских бассейнах», — поясняет Ван.

В случае COVID-19 предварительные тесты с вирусными частицами показали, что NasRED работает не хуже популярного молекулярного теста Abbott ID NOW, но при этом быстрее и проще в использовании. В будущем NasRED может стать сверхточным домашним тестом на коронавирус.

История с диагностикой «по капле крови» уже имеет громкую и скандальную страницу — компанию Theranos. Её основательница Элизабет Холмс обещала революцию в медицине, но в итоге оказалось, что технология не работает, а проект оказался одним из крупнейших обманов в истории биотеха. Сейчас её муж, Билли Эванс, развивает стартап Haemanthus, где снова обещает анализ по капле биоматериала с помощью ИИ и лазеров. Однако пока это только заявления — никаких независимых данных или публикаций нет. На этом фоне NasRED выглядит куда убедительнее: результаты уже прошли проверку в лаборатории и опубликованы в авторитетном научном журнале ACS Nano.

NasRED способен обнаружить скрытые инфекции вроде гепатита C, ВИЧ и болезни Лайма на ранней стадии, что решает главные проблемы современной диагностики. Технология также пригодится для контроля редких, но опасных вспышек: стандартные лабораторные тесты для проверки одного-двух пациентов слишком дороги, и такие случаи часто остаются без внимания. NasRED решает проблему, предлагая высокочувствительный и экономичный тест прямо на месте оказания медицинской помощи.

Более того, область применения NasRED может выйти далеко за пределы инфекционных болезней. Набор белков на наночастицах можно легко менять, что открывает путь к ранней диагностике рака, мониторингу хронических заболеваний в реальном времени и надёжному эпидемиологическому надзору.