Анализы: быстро и дешево
Многопрофильная группа исследователей из национального университета Сингапура под руководством доцента Шао Хуэйлинь (Shao Huilin) разработала портативное, недорогое и простое в употреблении устройство для быстрого и точного скрининга заболеваний. Универсальная микрожидкостная технологическая платформа enVision (enzyme-assisted nanocomplexes for visual identification of nucleic acids, фермент-ассоциированные нанокомплексы для визуальной идентификации нуклеиновых кислот) может быть адаптирована для выявления широкого спектра заболеваний: от недавно прошумевших вирусов Зика и Эбола и широко распространенных инфекций (гепатит, тропическая лихорадка и малярия) до различных типов рака, а также наследственных болезней.
Платформа enVision позволяет в течение 30-60 минут провести диагностику заболевания, что в 2-4 раза быстрее по сравнению с современными методами диагностики инфекционных болезней. Помимо этого стоимость любого диагностического набора на основе этой платформы не превышает 1 доллара США, что в ряде случаев в 100 раз меньше стоимости проведения аналогичных анализов.
В основе платформы лежат разработанные авторами молекулярные механизмы, позволяющие распознавать генетический материал возбудителей различных заболеваний. Уникальный комплекс молекулярных переключателей на основе наноструктурных комплексов ферментов и ДНК обеспечивает выполнение трех этапов работы устройства: распознавания мишени, независимого от мишени усиления сигнала (аплификации молекулярной информации в видимые сигналы) и визуальной регистрации сигнала.
Каждый тест размещается внутри пластикового чипа и содержит молекулярные механизмы на основе ДНК, предназначенные для распознавания специфичных для заболевания молекул. Этот чип помещается внутри общего сигнального картриджа, который функционирует за счет другого молекулярного механизма, обеспечивающего формирование визуальных сигналов при выявлении таких молекул. В такой картридж можно загружать до четырех чипов с образцами разных пациентов, проходящих обследование на одно и то же заболевание.
Модульный дизайн и микрожидкостная технология позволяют максимально уменьшить количество анализируемого биологического материала и реагентов, а также оптимизировать чувствительность технологии для получения визуальных результатов.
Получаемый при анализе цветовой показатель варьирует от бесцветного до темно-коричневого при наличии заболевания, а его дальнейший анализ с помощью приложения для смартфона позволяет провести количественную оценку патогенной нагрузки.
Помимо этого платформа enVision обеспечивает исключительную чувствительность, точность, скорость, легкость в применении и низкую стоимость. Она функционирует при комнатной температуре и не требует термостатов, насосов и другого вспомогательного оборудования, что делает ее пригодной для проведения анализов у постели пациента, в условиях поликлиники, а также для набирающей популярность телемедицины.
В качестве клинической модели для валидации эффективности платформы enVision авторы использовали вирус папилломы человека, являющийся основной причиной развития рака шейки матки. В результате ее чувствительность и специфичность превысили чувствительность и специфичность метода полимеразной цепной реакции (ПЦР), считающегося клиническим «золотым стандартом». enVision позволила не только с высокой точностью определять различные штаммы вируса, но и выявлять различия внутри одного и того же штамма.
Для разработки платформы enVision доктору Хуэйлинь и ее команде потребовалось около полутора лет. В настоящее время они занимаются разработкой модуля подготовки образца – выделения и обработки ДНК – для последующей интеграции в платформу. Помимо этого исследователи надеются, что в будущем эффективность работы созданной ими платформы еще больше повысится за счет улучшения алгоритмов анализа и коррекции изображений в разрабатываемом для нее программном обеспечении для смартфонов.
Статья Nicholas R.Y. Ho et al. Visual and modular detection of pathogen nucleic acids with enzyme–DNA molecular complexes опубликована в журнале Nature Communications.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам National University of Singapore: New test kit invented by NUS researchers enables quick, accurate, and inexpensive screening of diseases.