Химики из Университета штата Огайо разрабатывают бумажные полоски для обнаружения болезней, включая рак и малярию, по цене 50 центов за полоску.
Идея, как объяснил Абрахам Баду-Тавиа, заключается в том, что люди могут нанести каплю крови на бумагу дома и регулярно отправлять ее в лабораторию — и обращаться к врачу только в случае положительного результата теста.
Исследователи обнаружили, что тесты были точными даже через месяц после взятия образца крови, доказав, что они могут работать для людей, живущих в отдаленных районах.
Доцент кафедры химии и биохимии в штате Огайо задумывал статьи как способ передать дешевые диагнозы малярии в руки жителей сельских районов Африки и Юго-Восточной Азии, где болезнь убивает сотни тысяч людей и заражает сотни миллионов ежегодно.
Но в Журнале Американского химического общества он и его коллеги сообщают, что тест может быть адаптирован для выявления любого заболевания, против которого человеческий организм вырабатывает антитела, включая рак яичников и рак толстой кишки.
По словам Баду-Тавиа, технология, на которую подана заявка на получение патента, может дать диагноз болезни людям, которые в ней больше всего нуждаются — тем, кто не имеет регулярного доступа к врачу или не может позволить себе регулярные личные посещения.
"Мы хотим расширить возможности людей. Если вы вообще заботитесь о своем здоровье и у вас есть причина для беспокойства по поводу состояния, то не стоит ждать, пока вы заболеете, чтобы отправиться в больницу.
Вы можете проверять себя так часто, как хотите », — сказал он.
Технология напоминает сегодняшнюю диагностику «лаборатория на чипе», но вместо пластика «чип» состоит из листов простой белой бумаги, склеенных двусторонней липкой лентой и пропущенных через типичный струйный принтер.
Однако вместо обычных чернил исследователи используют восковые чернила, чтобы обвести контур каналов и резервуаров на бумаге. Воск проникает в бумагу и образует водостойкий барьер для захвата пробы крови и удержания ее между слоями. Один 8.Лист бумаги размером 5 на 11 дюймов может вместить десятки отдельных тестов, которые затем можно разрезать на полоски, каждая немного больше почтовой марки.
«Чтобы пройти тестирование, все, что человеку нужно сделать, это нанести каплю крови на бумажную полоску, сложить ее пополам, вложить в конверт и отправить по почте», — сказал Баду-Тавиа.
Эта технология работает иначе, чем другие бумажные медицинские средства диагностики, такие как домашние тесты на беременность, которые покрыты ферментами или наночастицами золота, чтобы бумага меняла цвет. Вместо этого бумага содержит небольшие синтетические химические зонды, несущие положительный заряд. Именно эти «ионные» зонды обеспечивают сверхчувствительное обнаружение с помощью портативного масс-спектрометра.
"Ферменты разборчивы.
Их нужно хранить при правильной температуре, и их нельзя хранить в сухом виде или на свету », — сказал Баду-Тавиа. "Но ионные зонды выносливы. На них не влияет свет, температура, влажность — даже жара в Африке ничего с ними не сделает. Таким образом, вы можете отправить одну из этих полосок в больницу и знать, что ее можно будет прочитать, когда она попадет туда."
Химики разработали ионные зонды, чтобы пометить специфические антитела, которые извлекают биомаркеры болезни из крови на бумажный чип.
После извлечения химикаты остаются неизменными до тех пор, пока бумага не будет погружена в раствор аммиака в лаборатории. Там кто-то отслаивает бумажные слои и держит их перед масс-спектрометром, который определяет присутствие зондов на основе их атомных характеристик и, соответственно, наличия биомаркеров в крови инфицированного человека.
Баду-Тавиа и постдокторские исследователи Суминг Чен и Цюнцюн Ван успешно продемонстрировали, что они могут обнаруживать белковые биомаркеры от наиболее распространенного паразита малярии, Plasmodium falciparum, который наиболее распространен в Африке.
Они также успешно обнаружили белковый биомаркер рака яичников, известный как раковый антиген 125, и карциноэмбриональный антиген, который среди других видов рака является маркером рака толстой кишки.
Они работали с бывшим докторантом Ян Сун в лаборатории коллеги Вики Высоцки, профессора химии и биохимии, чтобы изучить, как зонды прикрепляются к антителам с помощью масс-спектрометра высокого разрешения. Высоцки — выдающийся ученый в области макромолекулярной структуры и функций в Огайо и директор Центра химических инструментов в кампусе в штате Огайо.
Убедившись, что их тесты работают, Баду-Тавиа и его команда спрятали полоски и повторно проверяли их каждые несколько дней, чтобы увидеть, исчезнет ли сигнал, обнаруженный масс-спектрометром, с течением времени. Это не.
Через 30 дней сигнал был таким же сильным, как и в первый день, а это означает, что белки болезни были стабильны и обнаруживались даже через месяц.
Поскольку полоски с антителами живут более чем достаточно долго, чтобы доставить их в лабораторию по почте, они могут открыть совершенно новый мир медицинской помощи для людей в сельских общинах — даже в Соединенных Штатах, — сказал Баду-Тавиа. Даже для людей, живущих в городе, проверка себя дома сэкономит деньги по сравнению с посещением врача.
По его словам, в США тесты будут идеальными для людей, которые в семейном анамнезе болели раком или успешно прошли курс лечения.
Вместо того, чтобы ждать посещения врача каждые шесть месяцев, чтобы подтвердить, что они все еще в стадии ремиссии, они могут чаще проверять себя дома.
В случае малярии человеческие и финансовые затраты высоки, особенно в Африке.
Малярия — это болезнь, переносимая комарами и вызываемая паразитами.
Инфекция начинается с гриппоподобных симптомов, которые могут перерасти в почечную недостаточность или другие осложнения. По оценкам Центров по контролю и профилактике заболеваний, в 2015 году во всем мире было зарегистрировано 214 миллионов случаев малярии, и 438 000 человек умерли, в основном дети в Африке.
«В Африке малярия настолько распространена, что всякий раз, когда у вас поднимается температура, первое, что вы думаете:« О, это, вероятно, малярия », — сказал Баду-Тавиа.
По его словам, хотя изготовление опытных тест-полосок в штате Огайо стоит около 50 центов каждая, эти затраты, вероятно, снизятся с массовым производством.
Наибольшие затраты на использование полосок упадут на городские медицинские учреждения, которым придется покупать масс-спектрометры, чтобы считывать результаты. Модель портативных инструментов может стоить 100000 долларов, но в стадии разработки находятся менее дорогие портативные массовые спецификации.
Тем не менее, как отметил Баду-Тавиа, первоначальные вложения в массовые спецификации будут более чем компенсированы потенциальным благом для экономики Африки. По оценкам ЮНИСЕФ, малярия ежегодно обходится континенту в 12 миллиардов долларов из-за потери производительности труда.
В Соединенных Штатах, где масс-спектрометры более распространены, экономия средств может быть достигнута в виде сокращения использования страховки и меньших наличных расходов за счет меньшего посещения врача.
«Хотя этот подход требует первоначальных инвестиций, мы считаем, что недорогие расходные материалы на бумажной основе сделают его устойчивым», — сказал Баду-Тавиа. "Мы можем установить один небольшой прибор в продуктовом магазине, а затем продавать бумажные полоски всего за 50 центов за тест.
То же самое в Африке и, возможно, там намного дешевле."
Университет предоставит лицензию на технологию медицинской диагностической компании для дальнейшего развития, и Баду-Тавиа надеется, что сможет протестировать полоски в клинических условиях в течение трех лет.
Тем временем он и его коллеги работают над тем, чтобы сделать тесты более чувствительными, чтобы люди могли в конечном итоге использовать их неинвазивно, используя слюну или мочу в качестве тестового материала вместо крови.