Учёные создали портативную платформу для диагностики инфекций за 15 минут и $2
Учёные из Arizona State University (ASU) представили портативную диагностическую систему NasRED (Nanoparticle‑Supported Rapid Electronic Detection), способную выявлять инфекции всего по одной капле крови за 15 минут. Стоимость теста при этом составляет около $2. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
Система показала чувствительность примерно в 3000 раз выше, чем у традиционного метода ELISA, требует в 16 раз меньше образца и выдаёт результаты в 30 раз быстрее стандартных иммуноанализов. При тестировании на SARS‑CoV‑2 устройство надёжно различало коронавирус и сторонние сигналы, демонстрируя работу на субфемтомолярных и аттомолярных уровнях — фактически определяя считанные сотни молекул в объёме меньше капли крови. Разработкой руководит профессор Чао Ван (ASU Biodesign Center for Molecular Design and Biomimetics; School of Electrical, Computer and Energy Engineering) совместно с коллегами Йеджи Чой, Сейедсиной Мирджалили, Мазияром Калатехом Мохаммади и другими исследователями.
Как работает nasred и чем она отличается
В основе технологии — золотые наночастицы, на поверхность которых закрепляют молекулы‑распознаватели. Это могут быть антитела для улавливания вирусных или бактериальных антигенов, либо антигены для захвата антител пациента. Образец — капля крови, слюны или назального секрета — смешивается с наночастицами. При наличии целевых белков частицы связываются, агрегируют и оседают на дно. Верхний слой жидкости становится прозрачнее, через него проходит свет от LED‑источника, а встроенный сенсор фиксирует изменение пропускания — что и означает положительный результат.
Главное преимущество системы — модульность. Поверхность наночастиц можно оперативно адаптировать под новые цели: вирусы (COVID‑19, Эбола), бактерии (E. coli), ранние маркёры ВИЧ или гепатита C, а также онкобелки и белки, связанные с болезнью Альцгеймера. В прототипах команда уже демонстрировала возможность выявления токсинов и инфекций животных, включая африканскую чуму свиней. Сейчас система использует компактные настольные модули для перемешивания и короткого центрифугирования, однако разработчики работают над миниатюризацией и автоматизацией, чтобы вывести NasRED в формат point‑of‑care и, в перспективе, домашнего теста с лабораторной точностью.
Инфекционные заболевания ежегодно уносят более 10 млн жизней и остаются ведущей причиной смертности в странах с низким уровнем дохода. Даже в развитых системах здравоохранения диагностические ошибки приводят к сотням тысяч смертей и инвалидизации ежегодно. На этом фоне доступный и быстрый PoC‑тест закрывает сразу несколько ключевых проблем — от раннего выявления до массового эпиднадзора.
Практическое применение
- ранняя диагностика на месте: минуты вместо часов или дней при стоимости около $2 за тест;
- работа с труднодоступными группами: регулярный скрининг пациентов из групп риска (ВИЧ, HCV, Лайм‑боррелиоз) вне лабораторий;
- экономическая целесообразность при низкой распространённости: возможность тестировать единичные случаи на ранних этапах вспышек;
- разгрузка лабораторий: сортировка образцов на местах с направлением в ПЦР или ИФА только «положительных» и спорных;
- масштабируемость: быстрая адаптация платформы под новые патогены и биомаркёры.
Перспективы и дальнейшие шаги
Авторы сравнили NasRED с существующими методами: система значительно превосходит ELISA по чувствительности и сопоставима по скорости с экспресс‑тестами, сохраняя при этом лабораторный уровень точности. В экспериментах с полноценными коронавирусными частицами NasRED достигла чувствительности, сравнимой с коммерческими молекулярными тестами, такими как Abbott ID NOW, но без необходимости сложной пробоподготовки. Ранее аналогичная архитектура уже успешно выявляла Эболу и E. coli в микропробах крови.
Следующие этапы включают масштабные клинические испытания, стандартизацию картриджей и цепочек поставок наночастиц, а также продвижение по регуляторным процедурам — от получения статуса CLIA‑waiver и одобрения FDA в США до регистрации на рынках стран с низким и средним уровнем дохода. Команда уже удостоена профильных наград, включая Bay Area Lyme Foundation Emerging Leader Award, и планирует использовать преимущества платформы для ранней диагностики Лайм‑боррелиоза. Помимо инфекций, NasRED рассматривается как инструмент для раннего выявления онкологических заболеваний, мониторинга хронических состояний и полевого эпиднадзора в реальном времени.
