Есть два стандартных способа диагностировать малярию – все же у обоих есть ограничения. Первое включает взятие образца крови от человека и рассмотрения его под микроскопом для эритроцитов, которые были заражены паразитом малярии. Это включает клетки подсчета – который вручную интенсивен и зависит от технического специалиста, читающего клевету крови.
Второй подход, известный как быстрый диагностический тест (RDT), работает приблизительно за 15 минут. Однако без охлаждения, RDTs может испортить как молоко или яйца.«Малярия, прежде всего, влияет на окружающую среду низкого ресурса, где управление цепями поставок трудное, и доступ, чтобы двинуться на большой скорости может быть ненадежным. Поэтому эффективная диагностическая малярия должна быть независима от них», сказал соответствующий автор Андреа Армани, Луч иранский Стул в Технических науках и Материаловедении, лаборатория которого расположена в новом Центре USC Майкельсона Сходящейся Биологической науки.
Преимущества СТРУЧКОВПрототип портативной оптической системы диагностики (PODS), развитый USC Viterbi инженеры Андреа Армани, Саманта Макбирни, Донгю Чен, и Алексис Шолц, обнаруживает побочный продукт, произведенный всеми видами паразита малярии. По сути, это – быстрый показ на все штаммы малярии.Инструмент СТРУЧКОВ был разработан, чтобы решить проблемы, ограничивающие существующие системы.
Чтобы минимизировать размер, вес и требования к питанию, не жертвуя работой, каждый аспект рассмотрели. Текущий прототип взвешивает меньше чем 10 фунтов, 12 на 10 дюймов (размер большой обувной коробки) и может быть приведен в действие батареей в течение восьми часов.
Кроме того, СТРУЧКИ был разработан, чтобы потребовать минимальной типовой обработки и обработки, а также избавить от необходимости вторичные химикаты со строгими требованиями хранения. Это делает устройство, особенно подходящее для окружающей среды низкого ресурса.Конечный результат: текущий прототип, развитый исследователями USC, может проанализировать необработанный, целый образец крови через 10-15 минут. С только 500?
L крови (пять – семь снижений), это может достигнуть уровней чувствительности, необходимых для молодого диагноза.«Со СТРУЧКАМИ мы можем сделать быстрое, широкое обследование населения на малярию в окружающей среде низкого ресурса.
Когда объединено с в настоящее время доступной терапией, это могло представлять переломный момент в глобальной борьбе с малярией», говорит Армани.Как устройство работает
Зараженные малярией москиты заражают человеческих хозяев паразитом. Его основной питательный источник – гемоглобин, компонент эритроцитов.
Как гемоглобин обзоров паразита, это создает то, что известно как heme как побочный продукт.«В то время как heme очень токсичен и для паразита и для его хозяина, паразит выяснил ‘лазейку’ вокруг этого, соединившись heme в нерастворимый нанокристалл, известный как hemozoin. В отличие от всех других естественных материалов в крови, hemozoin магнитный», говорят ведущий автор, соавтор и недавний доктор философии биоинженерии выпускник, Саманта Макбирни.
Поскольку сумма hemozoin в крови непосредственно связана с тем, как далеко инфекция малярии прогрессировала, это – идеальный индикатор инфекции. Однако обнаружение нескольких hemozoin наночастиц в крови чрезвычайно сложно, потому что у крови есть много компонентов, которые могут вмешаться в измерение.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи взяли вдохновение от недавних открытий в персонализированной медицине и усилили магнитные свойства наночастиц в их диагностическом дизайне.У СТРУЧКОВ есть три основных компонента: лазер, датчик (чтобы обнаружить свет), и магнит.
Когда образец крови помещен между лазером и датчиком, суммой света, который добирается до уменьшений датчика, поскольку кровь блокирует его. Если hemozoin – существующие, еще менее легкие сияния через. При высоких концентрациях даже в крови, с готовностью очевидно, если hemozoin присутствует, потому что нанокристалл очень хорош в блокировании света.
Однако когда концентрации уменьшаются к ценностям, показательным из малярии ранней стадии, становится более трудно обнаружить присутствие hemozoin. (Кроме того, общая кровь поглощает свет немного по-другому, далее усложняя измерение.)Недавние достижения в персонализированном лекарстве для лечения рака продемонстрировали важность не доверия статистическим средним числам, чтобы установить «нормальный» или «здоровый», оценки, но вместо этого использование собственного образца пациента. Обычно, этот подход чрезвычайно трудно осуществить, поскольку он требует образцов получения от терпеливой предварительной болезни. Однако в диагностическом, развитом исследователями USC, эта стратегия может быть применена, проведя два измерения: один с наночастицами и один без наночастиц.
Применяя магнит, возможно управлять и переместить hemozoin частицы в пробирке вокруг или переместить их в и из лазерного луча. Таким образом единственный образец может использоваться, чтобы выполнить два измерения, и каждый диагноз персонализирован. Если hemozoin присутствует, даже в мелких концентрациях, изменении сигналов.
В среднем это берет между 10 – 15 минутами для сигнала стабилизироваться, и большее различие между этими двумя измерениями указывает, что малярия прогрессировала дальше.«СТРУЧКИ воздействуют на очень простую концепцию проекта. Если есть hemozoin, то должна быть малярия», сказал Армани, «Сложная часть отличала крошечные hemozoin наночастицы от всего остального в целом образце крови».Философия дизайна
Исследователи использовали военную стратегию дизайна, намеренно проектируя устройство, чтобы попытаться использовать недорогие, стандартные компоненты и не потребовать любых реактивов. Если компонент терпит неудачу, инженеры хотели гарантировать, что не было необходимо искать таможенного поставщика или единственного исходного поставщика.
«Все части с готовностью доступны и легко замененные», говорит Макбирни.Макбирни ездился на работу на этой конкретной проблеме., «Малярия может не быть беспокойством о тех из нас живущий в развитых странах, это – все еще главная причина смерти в мире, и сотен тысяч смертельных случаев каждый год, почти 70% из тех – дети менее чем 5 лет. Это не смертельные случаи, происходящие за прошлые пять лет жизни, когда кто-то уже пережил его/ее надежды и мечты, когда кто-то уже имеет семью и жил его/ее жизнью к самому полному – это смертельные случаи, происходящие, прежде чем ребенок даже будет знать его/ее место в этом мире, прежде чем он или она даже будет знать, почему он или она здесь.
Это душераздирающе. Если бы мы можем играть даже самую маленькую роль в уничтожении, которое было бы огромно».Следующие шаги
Исследователи теперь работают над следующим поколением устройства, чтобы улучшить его прочность и далее уменьшить типовой объем до под 200? L, (одно – два снижения) крови. Они ожидают устранять приложенный ноутбук, таким образом, устройство могло работать больше 30 часов с внешним батарейным блоком или быть приведено в действие рукой.
Статья, показывающая это исследование, «Портативный диагностический для диагностики малярии в параметрах настройки низкого ресурса», показана в Датчиках ACS.