Opbygning af selvtest til verdens mest almindelige infektionssygdomme - med papir

Da et hiv-udbrud ramte Indianas landlige Scott County i 2015, den sparsomt bemandede sundhedsafdeling blev strakt for at bekræfte tilfælde blandt et helt samfund med laboratorietests, der ikke er bærbare, og som kunne tage uger at give resultater.

Det betød, at det tog over et år at bekræfte 235 HIV-tilfælde for området. Selv hjemmetests for HIV kræver i øjeblikket, at en person venter et par måneder efter mulig infektion, før han tester sig selv.

Hvad hvis patienter pålideligt kunne teste sig selv derhjemme og kende resultaterne på få minutter, efter mindre end et par uger med en infektion?

Et håndholdt diagnostisk værktøj lavet af papir har allerede den hastighed og ville ikke kun fungere for HIV, men mange andre infektionssygdomme. At bruge det ville være som at lave din egen graviditetstest.

Jacqueline Linnes, en assisterende professor i biomedicinsk teknik ved Purdue University, har udviklet teknologi sammen med sit team, der ville gøre laboratoriedetektionstests både hurtigere og bærbare, takket være papirets iboende egenskaber.

Den første papirbaserede enhed fra Linnes' laboratorium kan påvise HIV-nukleinsyrer fra blodet af et fingerstik inden for 90 minutter. Hendes laboratorium arbejder på at bruge den samme platform til at opdage andre sygdomme, lige fra kighoste til kolera, da processen med at udvinde patogener fra en prøve ved hjælp af papir ville være den samme.

Enheden er hidtil designet til specifikt at imødegå udfordringer med hurtigere sygdomsdetektion i lande som Kenya og Haiti, som kæmper med at betale omkostningerne ved at drive laboratoriefaciliteter, opretholde en konstant strømforsyning og træne personalet til at fortolke resultater, der nogle gange er unøjagtige.

"I landdistrikterne, en lokal facilitet til hiv-pleje kan være så langt som 10 miles væk med dårlig transport og kommunikation, så mange patienter i behandling giver op og vender ikke længere tilbage til sundhedsfaciliteterne til behandlingsovervågning, " sagde Eddy Odari, en professor i biomedicinsk forskning ved Jomo Kenyatta University i Kenya, der udvikler og evaluerer diagnostiske assays for humane patogene vira.

"Sådanne patienter, der ikke vender tilbage, er blevet forbundet med suboptimal HIV-behandling og øget resistens over for førstelinjes antiretroviral behandling, som kan føre til en befolkning med overført modstand, " sagde Odari.

Hvis en overkommelig og præcis enhed kunne køre på lav nok strøm til at opdage sygdomme på stedet for disse lande, så kan det også vise sig nyttigt for samfund i USA med begrænset personale og faciliteter, der er langt fra hinanden.

Linnes og hendes samarbejdspartnere planlægger at undersøge enhedens brugbarhed til landdistrikterne i Indiana sammen med behandlingen af ​​hiv i Kenya og kolera i Haiti.

"Idéen er hurtigere at opdage, hvad der forårsager en infektion for patienter både i områder af verden, der har laboratoriefaciliteter i nærheden, og dem, der ikke har, sagde Linnes, der har specialiseret sig i at bygge point-of-care diagnostiske værktøjer til området.

I de sidste 30 år, forskere har undersøgt papirbaserede enheder til hurtigere diagnostik, fordi papirlignende materialer, såsom glasfiber og cellulose, er robuste og kendt for at fungere som en pumpe.

Det betyder, at papir kan bære prøver, såsom blod eller vand, uden alt det eksterne udstyr, der kræves i et laboratorium til at udskille nukleinsyrerne fra et patogen og lave kopier, eller "forstærk" dem, til detektion.

"'Papir' er en bred betegnelse for et porøst materiale, der kan trække væske med, ikke kun den type, man kan skrive på. Plasterpuder er papirlignende, for eksempel, sagde Linnes. Ulempen er, at papiret ikke har nogen kontrol.

Af denne grund, de fleste papirbaserede enheder, der er afhængige af nukleinsyreamplifikation, er stadig i meget tidlige stadier. Linnes' laboratorium har arbejdet på at fremskynde, hvordan disse enheder fungerer i marken ved at reducere antallet af nødvendige trin for at adskille patogener fra en prøve, der er lagt på papir.

Indtil nu, Linnes' laboratorium og andre forskere ved Purdue har reduceret disse trin gennem et elektronisk printkort, der opvarmer voksventiler fra under indviklede papirkanaler, kontrollere flowet af en prøve i ét trin i stedet for flere trin. Processen starter med at tilføje buffervæske til et fingerstik af blod i et hætteglas, og hæld derefter hætteglasset i et hul i papiret.

Hvis der vises et bånd på enden af ​​papirstrimlen, efter at en prøve er blevet ilagt, ud over kontrolbåndet, så er en person testet positiv for en sygdom.

Fordi det er nemt og billigt at læse en papirstrimmel, der ville egentlig ikke være behov for, at teknologien blev digital.

Men Linnes og hendes samarbejdspartnere har arbejdet på et andet problem, der kræver en digital løsning:at vide, hvor godt en person reagerer på behandling for en infektionssygdom.

Gennem en virksomhed, som Linnes var med til at stifte, OmniVis, Purdue-forskere undersøger brugen af ​​smartphone-teknologi til at kvantificere HIV i kroppen.

"Hvis du tager antiretrovirale lægemidler, og din krop reagerer godt, så ville mængden af ​​virus være lav, men hvis du er resistent over for stofferne, så ville mængden af ​​virus stige, sagde Linnes.

Patenter for den papirbaserede enhed er blevet indgivet gennem Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization.