Een multidisciplinaire groep, waaronder de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en de Universiteit van Washington in Tacoma, heeft een nieuw platform ontwikkeld om infectieziekten op het punt van zorg te diagnosticeren, gebruik van een smartphone als detectie-instrument in combinatie met een testkit in het formaat van een creditcard. De groep wordt geleid door Illinois Electrical and Computer Engineering Professor Brian T. Cunningham; Illinois Bioengineering Professor Rashid Bashir; en, Universiteit van Washington bij Tacoma Professor David L. Hirschberg, die verbonden is aan Wetenschappen en Wiskunde, afdeling van de School of Interdisciplinary Arts and Sciences.

Bevindingen zijn gepubliceerd in Analytische scheikunde , aantonen van detectie van luchtwegaandoeningen bij vier paarden, en in Biomedische micro-apparaten , waar het systeem werd gebruikt om de aanwezigheid van Zika te detecteren en te kwantificeren, knokkelkoorts, en Chikungunya-virus in een druppel volbloed. Projectmedewerkers zijn onder meer Dr. David Nash, een eigen praktijk paardenexpert en dierenarts in Kentucky, en dr. Ian Brooks, een computerwetenschapper bij het National Center for Supercomputing Applications.

De goedkope, draagbaar, smartphone-geïntegreerd systeem biedt een veelbelovende oplossing om de uitdagingen van de diagnostiek van infectieziekten aan te pakken, vooral in omgevingen met beperkte middelen of in situaties waarin onmiddellijk een resultaat nodig is. De integratie van het diagnostische hulpmiddel met mobiele communicatietechnologie maakt gepersonaliseerde patiëntenzorg mogelijk en vergemakkelijkt het informatiebeheer voor zowel zorgverleners als epidemiologische surveillance-inspanningen. belangrijk, het systeem behaalt detectielimieten die vergelijkbaar zijn met die verkregen door laboratoriumgebaseerde methoden en instrumenten, in ongeveer 30 minuten.

Een nuttige mogelijkheid voor humane point-of-care (POC) diagnose of voor een mobiel veterinair laboratorium, is om gelijktijdig te testen op de aanwezigheid van meer dan één pathogeen met een enkel testprotocol, wat de kosten verlaagt, bespaart tijd en moeite, en zorgt voor een panel van pathogenen, die soortgelijke symptomen kunnen veroorzaken, te identificeren.

Infectieziekten blijven 's werelds grootste bijdragers aan menselijke sterfte en invaliditeit, en met recente uitbraken van Zika-virusinfecties, er is een grote behoefte aan eenvoudige, gevoelig, en gemakkelijk vertaalbare point-of-care tests. Het Zika-virus verscheen eind 2015 in de internationale schijnwerpers toen er bewijs naar voren kwam van een mogelijk verband tussen een epidemie die Brazilië treft en een toename van microcefalie bij pasgeborenen. Zika is een wijdverbreid wereldwijd probleem geworden - de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) documenteerde vorig jaar dat sinds juni 2016, 60 landen en gebieden melden aanhoudende overdracht door muggen. Aanvullend, aangezien een Zika-virusinfectie symptomen deelt met andere ziekten zoals Dengue en Chikungunya, snel, nauwkeurige diagnose is vereist om onderscheid te maken tussen deze infecties en om de noodzaak van agressieve behandeling of quarantaine te bepalen.

Voor de onderzoeksinspanning paarden werden gebruikt als diermodel voor luchtwegaandoeningen bij mensen en voedseldieren. Dr. David Nash zegt:"Je kunt vaak gemakkelijker diagnostische hulpmiddelen voor menselijk gebruik ontwikkelen door eerst van de dierlijke kant in de ontwikkeling te komen. Veel ziekten komen het eerst voor bij dieren, een soort kanarie in de kolenmijn."

Een belangrijke projectmedewerker, Dr. Nash zegt over de financiële impact van uitbraken van besmettelijke ziekten bij paarden:"Het is kostbaar voor paardeneigenaren en trainers, en verstoort de bedrijfsvoering van alle paardensporten. Overweeg dit - op 25 december, In 2016 kreeg een enkel paard dat op stal stond op de Fair Grounds Race Course in New Orleans koorts en kreeg vervolgens neurologische symptomen. Het staatsdiagnoselab was 160 kilometer verderop en was gesloten voor de kerstvakantie. Het eindresultaat was een uitbraak van herpesvirus-1 (EHV-1) die resulteerde in de quarantaine van meer dan 200 paarden op de renbaan en een ernstig financieel verlies voor paardeneigenaren en de eigenaar van de renbaan. Churchill Downs, Inc. Stel je de gevolgen voor als ze ooit de Kentucky Derby moesten uitstellen vanwege een ziekte-uitbraak."

De technologie is bedoeld om clinici in staat te stellen snel een ziekte te diagnosticeren in hun kantoor of in het veld, waardoor eerder beter geïnformeerde beslissingen over het patiëntenbeheer, terwijl de bestrijding van ziekte-uitbraken aanzienlijk wordt verbeterd. Een belangrijke voorwaarde voor de wijdverbreide adoptie van point-of-care-tests bij de patiënt is de beschikbaarheid van detectie-instrumenten die goedkoop, draagbaar, en in staat om gegevens draadloos via internet te delen.

Het systeem maakt gebruik van een commerciële smartphone om real-time beelden te verkrijgen en te interpreteren van een enzymatische amplificatiereactie die plaatsvindt in een silicium microfluïdische chip die groene fluorescentie genereert en een visuele uitlezing van de test weergeeft. Het systeem bestaat uit een ongewijzigde smartphone en een draagbare 3D-geprinte houder die de optische en elektrische componenten ondersteunt, en interfaces met de naar achteren gerichte camera van de smartphone.

De softwaretoepassing die op de smartphone werkt, verzamelt informatie over de tests die zijn uitgevoerd op de microfluïdische kaart, patiëntspecifieke informatie, en de resultaten van de testen, die vervolgens worden gecommuniceerd naar een cloudopslagdatabase.

Dr. Nash merkt op dat, "Dit project is een game changer. Dit is de toekomst van de geneeskunde:eerstelijnsgezondheidswerkers met empowerment. We kunnen virussen en bacteriën niet stoppen, maar we kunnen sneller een diagnose stellen. We waren in staat om het duidelijke voordeel voor de mensheid aan te tonen, ook voor dieren, tijdens de voorstelfase van het project, en onze resultaten hebben ons uitgangspunt bewezen. Volgende, Ik wil het veld in, meerdere locaties, meerdere geografische locaties, en test in echte situaties."

U of I afgestudeerde student en onderzoeksassistent Fu Sun ziet dit project als vervulling van een van haar belangrijkste carrièredoelen:"Ik ging naar de graduate school in de hoop een betere wereld te maken door biomedische apparaten te ontwikkelen die effectieve ziektepreventie kunnen vergemakkelijken, diagnose, of behandeling. Dit project sluit aan bij mijn doel aangezien het een point-of-care oplossing biedt voor de snelle diagnose van infectieziekten. Verbonden met een clouddatabase via een smartphone, het helpt zorgverleners in het veld het tijdperk van big data en het internet der dingen te omarmen."

Het systeem vertegenwoordigt tot nu toe het enige platform dat de detectie van virale en andere nucleïnezuurdoelen kan multiplexen op een draagbare point-of-care-opstelling met behulp van één druppel lichaamsvloeistof, inclusief volbloed.

Voor Dr. Nash was de ervaring van het werken met het team van de Universiteit van Illinois en andere projectmedewerkers geweldig, zoals hij opmerkt:"Hier is eigenlijk een divers team gecreëerd. Een waanzinnige slimme groep mensen! Ik kan me niet voorstellen dat ik nu zonder ingenieurs aan een project zou beginnen."