Enhedsopdatering muliggør mobiltest for vira, bakterier og aktive toksiner

Du sveder og er feberrig og aner ikke hvorfor. Heldigvis, Sandia National Laboratories forskere har en enhed, der kan finde ud af, hvad der er galt på mindre end en time.

I modsætning til de fleste medicinske diagnostiske enheder, der kun kan udføre en type test - enten protein- eller nukleinsyretest - kan Sandias SpinDx nu udføre begge dele. Dette gør det muligt at identificere næsten enhver årsag til sygdom, herunder vira, bakterie, toksiner eller immunsystemmarkører for kemisk eksponering.

Den nye tilføjelse af et varmeelement giver SpinDx mulighed for at udføre nukleinsyretest, som søger efter genetiske koder fundet i enhver form for virus, parasit eller bakterier. Teknologien kan også påvise toksinproteiner på samme tid, og afgør, om de er aktive eller ej - en kritisk sondring for korrekt tilpasning af niveauet for medicinsk respons.

Enhedens portabilitet, overkommelighed, Hurtighed og pålidelighed er afgørende for at håndtere udbrud af infektionssygdomme på steder, der er mest berørt af dem og mindst har råd til et laboratorium med traditionelle instrumenter. I udviklingslande, diarré er den næststørste dødsårsag hos børn under 5 år, ifølge Verdenssundhedsorganisationens rapporter. Disse dødsfald kan stort set forebygges, når årsagerne opdages, og behandlingen administreres tidligt.

At hjælpe med at redde disse liv er derfor, at Sandias forskere besluttede at teste de nye SpinDx -muligheder på mulige årsager til diarrésygdom. Sandias forskning viser, at SpinDx med succes detekterer både diarréfremkaldende toksiner og bakterier i afføringsprøver. Resultaterne af disse tests blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Biosensorer og bioelektronik .

Snurrer mod løsninger

SpinDx ligner lidt en DVD-afspiller inde i et vejrbestandigt plastikhus. Den har en engangsskive, der distribuerer dråber rå, ubehandlede biologiske prøver i forskellige kanaler, der fungerer, ifølge Sandia-kemiker Chung-Yan Koh, som "snesevis af bittesmå reagensglas."

Dette automatiske distributionstrin er en god tidsbesparelse. Chris Phaneuf, forklarer en tidligere Sandia bioingeniør, "i stedet for at skulle smide forarbejdede prøver en efter en i snesevis af små kamre, du kan indlæse en rå prøve i en enkelt, central port, der jævnt fordeler din prøve i hver kanal. "Phaneuf er nu senior fluidikingeniør på Illumina i San Diego, hvor han udvikler teknologier til genetisk forskning.

Når disken drejer, prøverne interagerer med testreagenser inde i kanalerne, og, som Phaneuf udtrykker det, "hvis der er et match, de vil vedhæfte. "Med andre ord, hvis der er en kemisk interaktion mellem prøven og reagenset, en rød laser får spidsen af ​​kanalen til at lyse, signalere en infektiøs agent til en software -grænseflade, der viser resultatet.

Tidligere udførte SpinDx kun proteintest, som leder efter både patogenspecifikke proteiner og antistoffer. Antistoffer er proteiner fremstillet af immunsystemer som reaktion på infektioner. Når vira senere forsvinder fra blodet, antistofferne, der skyllede dem, kan stadig påvises. Proteintest kan også identificere dødelige toksiner som botulinumneurotoksin, en teske, der har potentiale til at dræbe omkring 100 millioner mennesker, ifølge Phaneuf.

Skinner en LAMPE på symptomer

Takket være det nye varmeelement og evnen til at udføre en ny analyse, SpinDx kan udføre nukleinsyretest, der er i stand til at identificere virus eller bakterier, der er ansvarlige for at forårsage symptomer som diarré. "Det er meget hurtigere at opdage det forårsagende patogen i en prøve end at vente på, at et organ producerer antistoffer mod en infektion, "Phaneuf sagde." At kunne udføre begge slags tests tegner det mest komplette billede af, hvad der er i en persons system. "

Konventionel viraltest (via polymerasekædereaktion eller PCR) kræver opvarmning og afkøling af en biologisk prøve mange gange for at formere alt viralt DNA eller RNA til påviselige niveauer. Phaneuf og Koh implementerede et nyt Sandia-udviklet assay- og detektionsskema i SpinDx-opdateringen, som bruger kemi, der kræver, at prøven kun opvarmes én gang.

I andre systemer, den loop-medierede isotermiske amplifikationsmetode (LAMP) til opvarmning af en prøve finder sted oven på en lille varmeblok, der skaber en enkelt, ensartet temperatur inde i en enhed. SpinDx bruger en lille infrarød varmemitter, der svæver øverst på enheden, målretning mod den del af den roterende skive, der udfører testen og ingen andre steder.

At kunne styre varmestrømmen giver mulighed for forskellige temperaturzoner inde i SpinDx, muliggør samtidige nukleinsyre- og proteintest. Nukleinsyretest kræver en temperatur, der normalt ville ødelægge en prøves proteiner.

En diagnostisk revolution

SpinDx er blevet licenseret af branchepartnere (se side 34) til så forskellige anvendelser som fertilitetsundersøgelser hos mænd og overvågning af vandforsyning. Med sine nye muligheder, teknologien har potentiale til at forbedre diagnostiske problemer i indstillinger rundt om i verden, og ikke kun for mennesker.

Phaneuf beskrev en meget smitsom virus, der hærger geder og får i dele af verden, hvor disse dyr er centrale for folks levebrød. Disse samfund har ofte ikke adgang til et laboratorium, men dette værktøj kunne hurtigt diagnosticere deres dyr og muliggøre korrekt behandling.

Sandia bruger i øjeblikket også teknologien til forskning i applikationer så forskellige som bioenergi og kemisk krigsførelse. I det tidligere tilfælde, forskere bruger SpinDx til at søge efter rovdyr, der kan forårsage nedbrud af alger, der dyrkes til biobrændstoffer og vedvarende kemikalier.

I sidstnævnte tilfælde, Koh tester soldater for eksponering for kemiske krigsførelsesmidler. Forsvaret Threat Reduction Agency-finansieret projekt vil bruge SpinDx til at søge efter biomarkører for eksponering. Temperaturkontrol i denne forskning er afgørende, fordi det gør testen mere præcis, Sagde Koh.

Ud over, der er et meget kort vindue til behandling, hvis en soldat udsættes for et kemisk middel. Den hastighed, hvormed SpinDx kan levere resultater, kan hjælpe med at sikre, at behandlingen administreres i tide, så den er effektiv.

Evnen til nøjagtigt at udføre alle disse tests på samme tid i en bærbar enhed og aflæse resultaterne på en time eller mindre adskiller SpinDx fra andre tilgængelige systemer. Traditionelt set disse resultater har krævet et veludstyret laboratorium bemandet med erfarne teknikere.

Koh og Phaneuf siger, at de gerne vil se batterier og solpaneler tilføjet til SpinDx, gør det praktisk muligt overalt. Det kan endda en dag hjælpe en læge med hurtigt at afgøre, om dine sygdomssymptomer skyldes influenza, din mad, eller noget helt andet.