Forskere opdager ny teknik til at teste for virusinfektioner

Et hold forskere fra Colorado State University har udviklet teknologi, der kan detektere ekstremt små mængder antistoffer i en persons blod. Antistoffer udvikles til at inficere celler eller dræbe patogener, i det væsentlige at bekæmpe en bakterie eller virus. Niveauet af antistoffer i blodet kan fortælle, om personen er syg.

Ved at bruge en lille tråd, der er en fjerdedel af størrelsen af ​​et menneskehår, forskerne udviklede en sensor, der kan detektere så få som 10 antistofmolekyler inden for 20 minutter. Standard medicinsk test kræver milliarder eller billioner af antistofmolekyler til påvisning og kan tage op til en dag at behandle.

Denne type omkostningseffektive instrumenter kan hjælpe klinikere med at behandle sygdomme hurtigere hos mennesker og kan bruges i miljøer med få ressourcer.

Resultater fra holdets forskning vil blive offentliggjort den 15. april i Biosensorer og bioelektronik . Studiet, "En ultrafølsom kapacitiv mikrotrådssensor til patogenspecifikke serumantistofresponser, " er offentliggjort på forhånd online.

Begrænsningerne ved standard medicinsk test

I øjeblikket, de fleste amerikanske lægekontorer og hospitaler bruger ELISA-testen til at afgøre, om en person har en virusinfektion eller ej. ELISA står for enzym-linked immunosorbent assay.

Det er en almindelig test, men ELISA's følsomhed er relativt lav, sagde Brian Geiss, en seniorforfatter på undersøgelsen og en lektor ved Institut for Mikrobiologi, Immunologi, og patologi. Det betyder, at klinikere har brug for et ret højt antal antistoffer i en persons blod for at få et positivt testresultat. Det tager også ofte syv til 10 dage efter en infektion, før testen registreres.

Ned til ledningen

Ved at bruge, hvad Geiss beskrev som meget simpel teknologi, forskerholdet knyttede kemisk proteiner relateret til zika- og chikungunya-virus til billige små guldtråde. Disse særlige vira, sammen med West Nile og dengue, overføres af inficerede myg. Medicinske laboratorier bruger disse proteiner i ELISA-test til at lede efter antistoffer, der er udviklet til at bekæmpe infektioner.

Næste, de førte en elektrisk strøm gennem ledningen, skabe en ladning på ledningen, der ligner den for et batteri.

Forskerne tilføjede derefter antistoffer for at binde sig til de virale proteiner på ledningen, hvilket øgede massen på ydersiden af ​​ledningen. Dette øgede også ledningens evne til at holde ladningen. De målte derefter ændringen i masse for at kvantificere antallet af antistoffer på overfladen af ​​tråden.

Tre forskere, tre forskellige gymnasier

Forskningen bygger på arbejde fra professor Chuck Henrys laboratorium i Institut for Kemi. Henrik, en medforfatter på papiret, og hans laboratorium har udviklet flere simple, billige elektrokemiske apparater gennem de sidste 10 år.

Professor David Dandy, også seniorforfatter på papiret og leder af Institut for Kemi- og Biologisk Teknik, sagde, at han var overrasket over enhedens følsomhed.

"Vi fandt ud af, at vi kunne få meget høj specificitet for at bekræfte en virusinfektion, " sagde Dandy. Derudover forskerholdet så ingen reaktion eller reaktivitet fra antistoffer rettet mod andre vira, hvilket nogle gange kan føre til falske positive testresultater.

Forskerne bragte hver især unikke færdigheder og ekspertise til bordet for dette projekt, hvilket førte til gruppens succes.

"Denne type forskningsprojekt er noget, som ingen af ​​os kunne gøre på egen hånd, " sagde Geiss, tilføjer, "vi synergiserede vores bestræbelser på at komme med nye løsninger på problemer, som vi håber i sidste ende vil blive brugt i kliniske omgivelser."

Forskerholdet håber nu at kombinere denne opdagelse med viral detektionsforskning, som de tidligere har offentliggjort, for at skabe et enkelt system, der kan detektere både vira og antistoffer mod vira i patientprøver.

"Vi håber, at det kan bruges til point-of-care diagnostik, og at det kan udvikles til et kompakt håndholdt system, der kan bruges i klinikken eller i ressourcebegrænsede områder, " sagde Geiss.

Denne type anordning kan også bruges i landbrugsmiljøer til overvågning af husdyrsygdomme og miljødetektion.

Lei Wang, som for nylig modtog en doktorgrad fra CSU gennem School of Biomedical Engineering og nu er postdoc ved Massachusetts Institute of Technology, er hovedforfatter af undersøgelsen.

Jessica Filer, som for nylig modtog en doktorgrad fra CSU gennem programmet for celle- og molekylærbiologi, og Meghan Lorenz, en bachelor forskningsassistent, er også medforfattere til undersøgelsen.