Nuo 2023 m. Kongo Demokratinėje Respublikoje nauja žmogaus raupų atmaina nusinešė maždaug 5 proc. užsikrėtusių žmonių gyvybes, daugelis iš jų – vaikai. Nuo tada jis išplito į keletą kitų šalių. Rugpjūčio 14 d. Pasaulio sveikatos organizacija protrūkį paskelbė tarptautinio susirūpinimo visuomenės sveikatos ekstremalia situacija. Be to, dėl kitokio, bet retai mirtino raupų atmainos sukėlė protrūkį, kuris nuo 2022 m. išplito daugiau nei 100 šalių.
Skubiai reikia greitesnių ir ekonomiškesnių diagnostikos priemonių, kurios leistų pažaboti raupsų plitimą ir pasirengti būsimos pasaulinės pandemijos galimybei. Mokslininkai iš Kalifornijos universiteto Medicinos mokyklos Bostono universiteto ir jų kolegos sukūrė optinį biojutiklį, galintį greitai aptikti beždžionių raupus – virusą, sukeliantį raupų uždegimą. Ši technologija leistų gydytojams diagnozuoti ligą gydymo vietoje, o ne laukti laboratorinių rezultatų.
Grupės tyrimas paskelbtas m Biojutikliai ir bioelektronika.
Klinikoje tokie simptomai kaip karščiavimas, skausmas, bėrimai ir pažeidimai yra panašūs į daugelio kitų virusinių infekcijų simptomus, sakė Partha Ray, UC San Diego medicinos mokyklos asocijuotoji projekto mokslininkė ir tyrimo bendradarbė. „Taigi, vien pažvelgus į pacientą, gydytojams nėra lengva atskirti beždžionių raupus nuo šių kitų ligų.
Be to, polimerazės grandininė reakcija (PGR) šiuo metu yra vienintelis patvirtintas mpox diagnozavimo metodas. Tai brangu, reikalinga laboratorija, o rezultatams gauti gali prireikti dienų ar savaičių.
„Mirtinas derinys, kai yra greitai plintanti epidemija ar pandemija“, – sakė Ray'us.
Geresnės mpox molekulinės diagnostikos paieška remiasi daugiau nei 10 metų trukusiais tyrimais Selimo Ünlü, žymaus Bostono universiteto (BU) inžinerijos profesoriaus ir tyrimo bendro tyrėjo, laboratorijoje. Laboratorijoje buvo sukurti optiniai biojutikliai, skirti aptikti virusus, sukeliančius Ebolos hemoraginę karštligę ir COVID-19. Ray komanda UC San Diego bendradarbiavo su Ünlü laboratorija, teikdama biologines žinias ir autentiškus mėginius Ünlü inžinierių komandai.
Tyrimas, kuriam vadovavo pirmasis autorius, mokslų daktaras Mete Aslan. BU elektros ir elektronikos inžinerijos studentas virusui aptikti naudojo skaitmeninę aptikimo platformą, pavadintą „Pixel-Diversity“ interferometrinio atspindžio vaizdo jutikliu arba PD-IRIS.
Tyrėjai naudojo mėginius, paimtus iš UC San Diego Health paciento su laboratoriškai patvirtintu mpox pažeidimų. Jie trumpai inkubavo mėginius su monokloniniais beždžionių raupų antikūnais, kuriuos pateikė Ray laboratorija, kurie jungiasi prie viruso paviršiaus baltymų. Tada viruso ir antikūnų kompleksas buvo perkeltas į mažas kameras ant jutiklio silicio lustų paviršiaus, kuris buvo apdorotas, kad užfiksuotų šias nanodaleles.
Vienu metu lustuose šviečiant tikslūs raudonos ir mėlynos šviesos bangos ilgiai sukėlė trikdžius, dėl kurių reakcija buvo šiek tiek kitokia, kai buvo viruso antikūnų nanodalelės. Šiam mažam signalui aptikti ir atskiroms didelio jautrumo dalelėms suskaičiuoti buvo naudojama spalvota kamera.
„Jūs nebandote matyti išsklaidytos šviesos iš pačios viruso dalelės, bet žiūrite į išsklaidytos šviesos lauko interferometrinį parašą, sumaišytą su lauku, kuris atsispindi nuo lusto paviršiaus“, – sakė Ünlü. Jis lygina procesą su FM radiju, kuris sumaišo silpną signalą, kuriame yra informacijos, su galingesniu nešiklio signalu tuo pačiu dažniu, o tai savo ruožtu sustiprina silpną signalą.
Mokslininkai taip pat išanalizavo herpes simplex viruso ir karvių raupų viruso mėginius, kurių klinikinė išraiška panaši į mpox. Biosensorinis tyrimas lengvai atskyrė mpox mėginius nuo šių kitų virusų, parodydamas, kad tyrimo specifiškumas yra būtinas norint atskirti mpox nuo šių įprastų virusinių ligų.
„Per dvi minutes galime pasakyti, ar kas nors sirgo beždžionėmis, ar ne“, – sakė Ray. „Nuo viruso mėginių surinkimo iki duomenų gavimo realiuoju laiku užtrunka apie 20 minučių.
Klinikoje bandymo greitis leistų sveikatos priežiūros paslaugų teikėjams diagnozuoti mpox atvejus daug greičiau, nei siunčiant mėginius į laboratoriją. Tai ypač svarbu siekiant sulėtinti bendruomenės plitimą šalyse, kuriose sveikatos priežiūros ištekliai yra menki. Gydytojai taip pat galėtų greičiau pradėti gydymą, jei įmanoma.
Ray'us numato, kad testai bus masiškai gaminami kaip rinkiniai ir parduodami klinikoms, taip dar labiau sumažinant išlaidas. Vieną dėžutę galima naudoti norint ištirti įvairius virusus, tokius kaip sifilis ar ŽIV.
„Clustas būtų toks pat“, – pasakė Rėjus. „Vienintelis dalykas, kuris čia būtų kitoks, yra surišantis antikūnas, kuris būtų specifinis konkrečiam virusui.”
Ray ir Ünlü dirba kartu siekdami komercializavimo tikslo, ne tik siekdami skubiai atlikti greitus impox testus Kongo Demokratinėje Respublikoje, bet ir siekdami, kad protrūkiai nevirstų pandemijomis. Tačiau mokslininkai teigia, kad šioms pastangoms reikės vyriausybės paramos, nes diagnostikos, skirtos būsimoms grėsmėms, rinkos yra mažai.
„Jei mes nepasirūpinsime šia konkrečia epidemija dabar, ji nebus ribojama Afrikoje“, – sakė Ray.
Papildomi tyrimo bendraautoriai: Howardas Brickneris, Alexas E. Clarkas, Aaronas F. Carlinas, UC San Diego; Elif Seymour, „iRiS Kinetics“, Bostono universiteto verslo inkubavimo centras; Michael B. Townsend, Panayampalli S. Satheshkumar, Ligų kontrolės ir prevencijos centrai; Iris Celebi, Bostono universitetas; Megan Riley, axiVEND.