Intet laboratorium påkrævet:Ny teknologi kan diagnosticere infektioner på få minutter

Ideen om at besøge lægekontoret med symptomer på en sygdom og forlade med en videnskabeligt bekræftet diagnose er meget tættere på virkeligheden på grund af ny teknologi udviklet af forskere ved McMaster University.

Ingeniørarbejde, biokemi og medicinske forskere fra hele campus har kombineret deres færdigheder for at skabe en håndholdt hurtig test for bakterielle infektioner, der kan producere nøjagtige, pålidelige resultater på mindre end en time, eliminerer behovet for at sende prøver til et laboratorium.

Deres proof-of-concept forskning, offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkemi , beskriver specifikt testens effektivitet til at diagnosticere urinvejsinfektioner fra rigtige kliniske prøver. Forskerne tilpasser testen til at opdage andre former for bakterier og til hurtig diagnosticering af vira, inklusive COVID-19. De planlægger også at teste dets levedygtighed for at opdage markører for kræft.

"Det kommer til at betyde, at patienter kan få bedre behandling, hurtigere resultater og undgå alvorlige komplikationer. Det kan også undgå unødvendig brug af antibiotika, hvilket er noget, der kan købe os tid i kampen mod antimikrobiel resistens, " siger Leyla Soleymani, avisens medkorresponderende forfatter og en lektor i ingeniørfysik.

"Dette vil give læger videnskaben til at støtte det, de allerede har mistanke om baseret på deres færdigheder og erfaring, " siger medkorresponderende forfatter Yingfu Li, professor i biokemi og biomedicinske videnskaber.

Den nye DNA-baserede teknologi bruger en håndholdt enhed, der ligner en blodsukkermonitor. En mikrochip analyserer en dråbe kropsvæske såsom blod, urin eller spyt, ved hjælp af molekyler, der kan detektere en infektions specifikke proteinsignatur. Enheden, på størrelse med en USB-stick, tilsluttes en smartphone, som viser resultatet.

Opfindelsen kombinerer elektrokemisk ingeniørteknologi udviklet af Soleymani og hendes team med biokemisk teknologi udviklet af Li og hans kollega Dingran Chang. De arbejdede sammen med infektionsmediciner Marek Smeija, en professor i medicin, der leverede prøver fra rigtige patienter, og med Todd Hoare, en professor i kemiteknik.

"Som videnskabsmænd, vi ønsker at muliggøre ting, " siger Li, "Vi er vidende om forskellige videnskabelige og tekniske principper, og når du sætter dem sammen for at hjælpe folk, det er en speciel følelse. At have chancen for at påvirke samfundet er grunden til, at vi alle gør dette arbejde."

Eksisterende praksis kræver typisk at sende prøver til laboratorier for at blive dyrket, en proces, der kan tage dage. At give patienter øjeblikkelige resultater kan reducere spredningen af ​​infektion, forbedre patienternes livskvalitet og forenkle travle klinikeres arbejde.

Den nye teknologi kan skelne stammer af de samme bakterier, der kan behandles med antibiotika, fra andre, der er resistente over for antibiotika, en kritisk sondring, der kan hjælpe med at bekæmpe det voksende problem med antimikrobiel resistens, eller AMR.

"Klinikere identificerede testforsinkelser som et problem, der skulle løses, "siger Soleymani, der har Canada Research Chair i Miniaturized Biomedical Devices. "Vi ønskede at bygge et system, der kunne give så meget information som muligt til lægen under patientens første besøg."

Forskerne er midt i at teste en tilpasning af den samme teknologi til den virus, der forårsager COVID-19, ved hjælp af prøver fra en Hamilton-klinik.

"Denne teknologi er meget alsidig, og vi er ved at være meget tæt på at bruge den samme teknologi til COVID-19-test, "siger Li, som også er medlem af McMasters Michael Groote Institute for Infectious Disease Research.

Forskerne undersøger regulatoriske godkendelser og industripartnerskaber for at få teknologien i bred brug så hurtigt som muligt, ikke kun i Canada, men rundt om i verden, især hvor adgangen til laboratorietest er begrænset eller ikke-eksisterende.

"Jeg tror, ​​at denne teknologi er et skridt i retning af at demokratisere sygdomsdiagnose og -håndtering, " siger hovedforfatter Richa Pandey, en postdoktor i Soleymanis laboratorium. "Dette er teknologi, der kan gå overalt i verden, hvor der er behov for test."