Je zweet en hebt koorts en hebt geen idee waarom. Gelukkig, Wetenschappers van Sandia National Laboratories hebben een apparaat dat in minder dan een uur kan lokaliseren wat er mis is.

In tegenstelling tot de meeste medische diagnostische apparaten die slechts één type test kunnen uitvoeren, hetzij eiwit- of nucleïnezuurtests, kan Sandia's SpinDx nu beide uitvoeren. Hierdoor kan het bijna elke oorzaak van ziekte identificeren, inclusief virussen, bacteriën, toxines of markers van het immuunsysteem van blootstelling aan chemische agentia.

De nieuwe toevoeging van een verwarmingselement stelt SpinDx in staat om nucleïnezuurtests uit te voeren, die zoeken naar genetische codes die in elk soort virus worden gevonden, parasiet of bacteriën. De technologie kan tegelijkertijd ook toxine-eiwitten detecteren, en bepalen of ze actief zijn of niet - een cruciaal onderscheid voor het correct afstemmen van het niveau van medische respons.

de draagbaarheid van het apparaat, betaalbaarheid, snelheid en betrouwbaarheid zijn van cruciaal belang voor het aanpakken van uitbraken van besmettelijke ziekten op plaatsen die er het meest door worden getroffen en die zich het minst een laboratorium met traditionele instrumenten kunnen veroorloven. In ontwikkelingslanden, diarree is de tweede belangrijkste doodsoorzaak bij kinderen onder de 5 jaar, volgens rapporten van de Wereldgezondheidsorganisatie. Deze sterfgevallen zijn grotendeels te voorkomen wanneer de oorzaken worden opgespoord en de behandeling vroeg wordt toegediend.

Om deze levens te helpen redden, besloten de wetenschappers van Sandia om de nieuwe SpinDx-mogelijkheden te testen op mogelijke oorzaken van diarree. Sandia's onderzoek toont aan dat SpinDx met succes zowel diarree-veroorzakende toxines als bacteriën in ontlastingsmonsters detecteert. De resultaten van deze tests zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Biosensoren en bio-elektronica .

Draaien naar oplossingen

SpinDx lijkt een beetje op een dvd-speler in een weerbestendige plastic behuizing. Het beschikt over een wegwerpschijf die druppels rauwe, onverwerkte biologische monsters in verschillende kanalen die functioneren, volgens Sandia-chemicus Chung-Yan Koh, zoals 'tientallen kleine reageerbuisjes'.

Deze automatische distributiestap is een grote tijdsbesparing. Chris Phaneuf, een voormalig bio-ingenieur van Sandia legt uit, "in plaats van verwerkte monsters één voor één in tientallen kleine kamers te moeten laten vallen, u kunt een onbewerkt monster in een enkele laden, centrale poort die uw monster gelijkmatig over elk kanaal verdeelt." Phaneuf is nu senior fluidics engineer bij Illumina in San Diego, waar hij technologieën voor genetisch onderzoek ontwikkelt.

Als de schijf draait, de monsters interageren met testreagentia in de kanalen, en, zoals Phaneuf het zegt, "Als er een match is, ze zullen hechten." Met andere woorden, als er een chemische interactie is tussen het monster en het reagens, een rode laser laat de punt van het kanaal gloeien, signalering van een infectieus agens naar een software-interface die het resultaat weergeeft.

Voorheen voerde SpinDx alleen eiwittesten uit, die op zoek zijn naar zowel pathogeenspecifieke eiwitten als antilichamen. Antilichamen zijn eiwitten die door het immuunsysteem worden aangemaakt als reactie op infecties. Wanneer virussen later uit het bloed verdwijnen, de antilichamen die ze hebben weggespoeld, zijn nog steeds detecteerbaar. Eiwittests kunnen ook dodelijke toxines identificeren, zoals botulinumneurotoxine, waarvan een theelepel het potentieel heeft om ongeveer 100 miljoen mensen te doden, volgens Phaneuf.

Een LAMP schijnen op symptomen

Dankzij het nieuwe verwarmingselement en de mogelijkheid om een ​​nieuwe test uit te voeren, SpinDx kan nucleïnezuurtests uitvoeren om het virus of de bacteriën te identificeren die verantwoordelijk zijn voor het veroorzaken van symptomen zoals diarree. "Het is veel sneller om de oorzakelijke ziekteverwekker in een monster te detecteren dan te wachten tot een lichaam antilichamen aanmaakt tegen een infectie, "Zei Phaneuf. "Als je beide soorten tests kunt doen, krijg je het meest complete beeld van wat er in iemands systeem zit."

Conventionele virale testen (via polymerasekettingreactie of PCR) vereisen dat een biologisch monster vele malen wordt verwarmd en gekoeld om viraal DNA of RNA te vermenigvuldigen tot detecteerbare niveaus. Phaneuf en Koh hebben een nieuw door Sandia ontwikkeld test- en detectieschema geïmplementeerd in de SpinDx-update, die chemie gebruikt waarbij het monster slechts één keer hoeft te worden verwarmd.

Bij andere systemen, de lus-gemedieerde isothermische amplificatie (LAMP) -methode voor het verwarmen van een monster vindt plaats bovenop een klein verwarmingsblok dat een enkele, uniforme temperatuur in een apparaat. SpinDx gebruikt een kleine infrarood warmteafgever die boven op het apparaat zweeft, gericht op het deel van de draaiende schijf die de test uitvoert en nergens anders.

Het kunnen regelen van de warmtestroom zorgt voor verschillende temperatuurzones binnen SpinDx, waardoor de gelijktijdige nucleïnezuur- en eiwittests mogelijk zijn. Nucleïnezuurtests vereisen een temperatuur die normaal gesproken de eiwitten van een monster zou vernietigen.

Een diagnostische revolutie

SpinDx heeft een licentie van industriële partners (zie pagina 34) voor uiteenlopende toepassingen, zoals het testen van mannelijke vruchtbaarheid en het bewaken van de veiligheid van de watervoorziening. Met zijn nieuwe mogelijkheden, de technologie heeft het potentieel om diagnostische problemen in instellingen over de hele wereld te verbeteren, en niet alleen voor mensen.

Phaneuf beschreef een zeer besmettelijk virus dat geiten en schapen teistert in delen van de wereld waar die dieren centraal staan ​​in het levensonderhoud van mensen. Deze gemeenschappen hebben vaak geen toegang tot een laboratorium, maar dit hulpmiddel zou hun dieren snel kunnen diagnosticeren en een juiste behandeling mogelijk maken.

Sandia gebruikt de technologie momenteel ook voor onderzoek naar uiteenlopende toepassingen als detectie van bio-energie en chemische oorlogsvoering. In het eerste geval, wetenschappers gebruiken SpinDx om te zoeken naar roofdieren die de crash kunnen veroorzaken van algen die worden gekweekt voor biobrandstoffen en hernieuwbare chemicaliën.

In het laatste geval, Koh test soldaten op blootstelling aan middelen voor chemische oorlogsvoering. Het door Defense Threat Reduction Agency gefinancierde project zal SpinDx gebruiken om te zoeken naar biomarkers voor blootstelling. Temperatuurbeheersing in dit onderzoek is essentieel, omdat het de test nauwkeuriger maakt, zei Ko.

In aanvulling, er is een zeer korte periode voor behandeling als een soldaat wordt blootgesteld aan een chemisch agens. De snelheid waarmee SpinDx resultaten kan leveren, kan ertoe bijdragen dat de behandeling op tijd wordt toegediend om effectief te zijn.

De mogelijkheid om al deze tests tegelijkertijd nauwkeurig uit te voeren in één draagbaar apparaat en de resultaten in een uur of minder af te lezen, onderscheidt SpinDx van andere beschikbare systemen. traditioneel, deze resultaten vereisten een goed uitgerust laboratorium met ervaren technici.

Koh en Phaneuf zeggen dat ze graag zien dat er batterijen en zonnepanelen worden toegevoegd aan SpinDx, waardoor het bijna overal inzetbaar is. Het kan een arts op een dag zelfs helpen om snel te bepalen of uw ziektesymptomen van griep zijn, jouw eten, of iets heel anders.