Kai kuriems nelaimingiems žmonėms laikas gamtoje sukelia Laimo ligą – ligą, sukeliančią galvos, sąnarių ir raumenų skausmus, į gripą panašius simptomus, nuovargį ir kartais bėrimą. Negydomi šie padariniai gali susilpninti ir išsiplėsti iki paralyžiaus, smegenų ir širdies uždegimo bei atminties, klausos ir regėjimo problemų, kurios gali tęstis daugelį metų.
Laimo ligą, kuria šiais metais tikimasi sirgti daugiau nei 600 000 žmonių JAV, sukelia spiralinė bakterija, kuri žmonėms plinta įkandus užsikrėtusioms elnių erkėms. Mikrobas išprovokuoja sudėtingą imuninę reakciją, kuri gali būti panaši į kitų pavojingų erkių platinamų bakterijų atsaką, todėl gydytojams dažnai būna sunkiau pradėti tinkamą gydymą antibiotikais.
Norėdami nustatyti Laimo ligą, Ligų kontrolės ir prevencijos centrai šiuo metu rekomenduoja dviejų pakopų tyrimų režimą, atliekamą centralizuotose laboratorijose; rezultatai užtrunka nuo vienos iki dviejų savaičių. Gydymas antibiotikais išgydo ne kiekvieną atvejį, bet gali padėti išvengti ilgalaikės ligos 80–90 % ankstyvos stadijos pacientų. Tačiau, pasak Bay Area Lyme fondo, šiandienos testavimas praleidžia 7 iš 10 ankstyvos stadijos atvejų.
Kalifornijos nanosistemų instituto (UCLA) nariai sukūrė testavimo technologiją, kuri labai nesiskiria nuo namuose naudojamų rinkinių, skirtų COVID-19 infekcijai aptikti. Rezultatus per 20 minučių interpretuoja nešiojamas skaitytuvas, naudodamas dirbtinį intelektą.
Naujame tyrime, paskelbtame m Gamtos komunikacijostyrėjai ir jų kolegos naudojo pacientų mėginius, kad parodytų, kad vienas AI patobulintas testas yra toks pat patikimas kaip ir tradicinis Laimo ligos tyrimo režimas, kuriam reikia dviejų testų.
Greitis, perkeliamumas ir santykinai maža metodo kaina rodo, kad Laimo ligą galima aptikti tą pačią dieną klinikoje, kurioje pacientai gydomi.
„Daugelis žmonių sužino, kad serga Laimo liga gerokai po to, kai juos buvo galima labai lengvai gydyti“, – sakė bendraautorius Dino Di Carlo, Armondas ir Elena Hairapetian inžinerijos ir medicinos profesorius UCLA Samueli mokykloje. inžinerijos.
„Jeigu galime išmatuoti greitai, ekonomiškai ir neapsunkindami sveikatos sistemai bei pacientui, tuomet tyrimus galima atlikti ir įprastiau. Jei buvote miške ir turite erkės įkandimo ar kitų požymių. simptomus, gali būti protinga greitai atlikti testus namuose arba vietinėje klinikoje, nes tai gali padėti gydyti anksčiau.
Namuose atliekami COVID-19 testai, kurių metu mėginys uždedamas ant kasetės, kurioje yra specialus popierius, yra naudingas palyginimo taškas. Mėginys teka išilgai popieriaus pro antikūnus, kurie prisitvirtina prie vieno ligai būdingo baltymo, kuriuos vizualizuoja antrasis antikūnų rinkinys, pritvirtintas prie mažų aukso dalelių, matuojamų milijardinėmis metro dalimis. Po trumpo laukimo rezultatus galima perskaityti žmogaus akimis.
Laimo ligos aptikimo technologija veikia kita kryptimi: kraujo serumo mėginys lašinamas į kasetę, po to buferinis skystis ir teka vertikaliai iš viršaus į apačią per kelis kempinę primenančio popieriaus sluoksnius. Viename popieriaus sluoksnyje yra laboratorijoje pagamintų peptidų rinkinys – Laimo ligą sukeliančių bakterijų baltymų statybiniai blokai, kurių kiekvienas aptinka unikalų antikūnų, susidarančių reaguojant į tą mikrobą, rinkinį.
Ant popieriaus suformuotas raštas, kuriame yra informacija apie kiekvieno antikūno buvimą ir kiekį, fiksuojamas skaitmeniniu skaitytuvu ir analizuojamas AI algoritmu, kuris pateikia rezultatus. Tyrimo metu kiekvienas bandomasis popierius kainavo 3 USD, o skaitytuvas buvo pritaikytas iš 200 USD vertės išmaniojo telefono.
Naujasis Laimo ligos testas yra vienas iš pirmųjų greitosios diagnostikos technologijų, kurios visapusiškai apibūdina žmogaus imuninį atsaką į ligą, pavyzdžių.
„Jei galite kiekybiškai įvertinti rodiklių grupę iš vieno mėginio, galite sužinoti daug įdomių dalykų, susijusių su paciento būkle“, – sakė bendraautorius Aydoganas Ozcanas, Volgenau inžinerinių inovacijų profesorius UCLA Samueli ir CNSI asocijuotas direktorius. verslumo, pramonės ir akademinių mainų.
„Sergant Laimo liga, tiriame imuninių veiksnių grupę, kuri skirtingiems pacientams gali atrodyti labai skirtingai, atsižvelgiant į jų kilmę, iš kur jie kilę ir pan. Mums reikėjo dirbtinio intelekto, kad suprastume tokį sudėtingą signalą.
Tyrėjai apmokė savo algoritmą naudodami kelis mėginius, įskaitant tuos, kurie buvo gauti iš ankstyvosios ligos stadijos, kuriuos pateikė Bay Area Laimo fondo Laimo ligos biobankas, ir aklai išanalizavo savo technologijos veikimą naudodami naujus biobanko mėginius.
Jie pasiekė 95,5% jautrumą nustatydami Laimo ligą ir 100% specifiškumą, atmetę mėginius be ligos. Naudodami papildomus mėginius iš CDC, jie parodė, kad jų atliekami tyrimai labai gerai atitiko laboratorinių tyrimų rezultatus, teisingai nustatydami Laimo ligą ir atskirdami ją nuo panašių ligų.
„AI yra tik tiek, kiek ir duomenys“, – sakė Ozcanas. „Štai kodėl mes dirbome su Laimo ligos biobanku ir CDC, kad gautume gerai apibūdintus mėginius. Jų dalyvavimas buvo labai svarbus mūsų AI, norint sužinoti imuninio atsako prieš Laimo ligą sukeliančią bakteriją modelius.”
Be AI, sintetiniai peptidai iš Konektikuto Biopeptides, Corp., buvo pagrindinis naujosios bandymų technologijos elementas. Palyginti su visais baltymais, naudojamais kai kuriuose Laimo ligos laboratoriniuose tyrimuose, peptidai gali būti specifiškiau surišti, juos lengviau gaminti ir jie yra stabilesni.
„Peptidai yra tikrai svarbūs”, – sakė Di Carlo. „Norime sutelkti dėmesį į atsakymus, kurie yra labai specifiniai Laimo ligai, o ne kitoms susijusioms ligoms ar panašioms ligoms. Tuo pačiu metu tyrimai gali būti pigesni, trukti ilgiau ir pateikti mažiau diagnostinių klaidų.”
Sėkmingai atlikus tyrimą gali prireikti kelerių metų, kol jis pasieks kliniką. Šiuo metu mokslininkai ieško partnerių, kurie padidintų savo technologijas, kad paspartintų šį procesą. Jie taip pat stengiasi pritaikyti testą, kad būtų naudojami viso kraujo mėginiai, o ne serumas, ir planuoja dar labiau supaprastinti tyrimo formatą ir sukurti specialų AI mėginių skaitytuvą, nepriklausomą nuo konkretaus išmaniojo telefono.