Een team van onderzoekers van de Colorado State University heeft technologie ontwikkeld die extreem kleine hoeveelheden antilichamen in iemands bloed kan detecteren. Antilichamen ontwikkelen zich om cellen te infecteren of ziekteverwekkers te doden, in wezen een bacterie of virus afweren. De niveaus van antilichamen in het bloed kunnen vertellen of die persoon ziek is.

Met behulp van een draadje dat een kwart zo groot is als een mensenhaar, de onderzoekers ontwikkelden een sensor die binnen 20 minuten maar liefst 10 antilichaammoleculen kan detecteren. Standaard medische tests vereisen miljarden of triljoenen antilichaammoleculen voor detectie en het kan tot een dag duren om te verwerken.

Dit soort kosteneffectief instrument zou clinici kunnen helpen ziekten bij mensen eerder te behandelen en zou kunnen worden gebruikt in omgevingen met weinig middelen.

De resultaten van het onderzoek van het team worden op 15 april gepubliceerd in Biosensoren en bio-elektronica . De studie, "Een ultragevoelige capacitieve microdraadsensor voor pathogeenspecifieke serumantilichaamreacties, " wordt vooraf online gepubliceerd.

De beperkingen van standaard medische tests

Momenteel, de meeste medische kantoren en ziekenhuizen in de VS gebruiken de ELISA-test om te bepalen of een persoon al dan niet een virale infectie heeft. ELISA staat voor Enzym Linked Immunosorbent Assay.

Het is een veel voorkomende test, maar de gevoeligheid van ELISA is relatief laag, zei Brian Geiss, een senior auteur van de studie en een universitair hoofddocent bij de afdeling Microbiologie, Immunologie, en Pathologie. Dit betekent dat clinici een vrij hoog aantal antilichamen in het bloed van een persoon nodig hebben om een ​​positief testresultaat te krijgen. Het duurt ook vaak zeven tot tien dagen na een infectie voordat de test is geregistreerd.

Tot op de draad

Met behulp van wat Geiss beschreef als zeer eenvoudige technologie, het onderzoeksteam hechtte eiwitten die verband houden met Zika- en chikungunya-virussen chemisch aan goedkope kleine gouddraadjes. Deze specifieke virussen, samen met West-Nijl en dengue, worden overgedragen door besmette muggen. Medische laboratoria gebruiken deze eiwitten in ELISA-tests om te zoeken naar antilichamen die zijn ontwikkeld om infecties te bestrijden.

Volgende, ze lieten een elektrische stroom door de draad lopen, het creëren van een lading op de draad vergelijkbaar met die van een batterij.

De onderzoekers voegden vervolgens antilichamen toe om zich te binden aan de virale eiwitten op de draad, waardoor de massa aan de buitenkant van de draad toenam. Dit verhoogde ook het vermogen van de draad om de lading vast te houden. Vervolgens maten ze de verandering in massa om het aantal antilichamen op het oppervlak van de draad te kwantificeren.

Drie onderzoekers, drie verschillende hogescholen

Het onderzoek bouwt voort op het werk van het laboratorium van professor Chuck Henry van de afdeling Scheikunde. Henry, een co-auteur op het papier, en zijn lab hebben verschillende eenvoudige, goedkope elektrochemische apparaten in de afgelopen 10 jaar.

Professor David Dandy, ook een senior auteur op het papier en hoofd van de afdeling Chemische en Biologische Technologie, zei dat hij verbaasd was over de gevoeligheid van het apparaat.

"We ontdekten dat we een zeer hoge specificiteit konden krijgen voor het bevestigen van een virale infectie, " zei Dandy. Bovendien, het onderzoeksteam zag geen enkele reactie of reactiviteit van antilichamen die gericht waren op andere virussen, wat soms kan leiden tot vals-positieve testresultaten.

De wetenschappers brachten elk unieke vaardigheden en expertise naar de tafel voor dit project, wat leidde tot het succes van de groep.

"Dit soort onderzoeksprojecten is iets dat niemand van ons alleen zou kunnen doen, " zei Geis, toevoegen, "we hebben onze inspanningen gesynergeerd om met nieuwe oplossingen te komen voor problemen waarvan we hopen dat ze uiteindelijk in klinische omgevingen zullen worden gebruikt."

Het onderzoeksteam hoopt deze ontdekking nu te combineren met onderzoek naar virale detectie dat ze eerder hebben gepubliceerd om een ​​enkel systeem te creëren dat zowel virussen als antilichamen tegen de virussen in patiëntmonsters kan detecteren.

"We hopen dat het kan worden gebruikt voor point-of-care-diagnostiek, en dat het kan worden ontwikkeld tot een compact handbediend systeem dat kan worden gebruikt in de kliniek of in gebieden met beperkte middelen, ' zei Geis.

Dit type apparaat kan ook worden gebruikt in agrarische omgevingen voor bewaking van veeziekten en omgevingsdetectie.

Lei Wang, die onlangs een doctoraat ontving van CSU via de School of Biomedical Engineering en nu een postdoctoraal onderzoeker is aan het Massachusetts Institute of Technology, is de hoofdauteur van de studie.

Jessica Filer, die onlangs een doctoraat ontving van CSU via het programma Cell and Molecular Biology, en Meghan Lorenz, een bachelor onderzoeksassistent, zijn ook co-auteurs van de studie.