AirPods boyutlu floresans analitik cihazı, evde zamanında yapılan moleküler testler için umut vaat ediyor

Tıbbi teknolojideki ilerlemeler, bakımın bir zamanlar erişilmesi zor olan temel yönlerini eve getirerek sağlığı kısmen iyileştirdi. Semptomların izlenmesi ve hatta belirli hastalık türlerinin laboratuvar veya klinik ortam dışında taranması, hastaların eline daha fazla kontrol sağlar.

Illinois Üniversitesi’nin yeni araştırması şu soruya pratik bir yanıt sağlamaya yardımcı oluyor: Bütünsel bir sistemin laboratuvar dışında çalışabilmesi için nasıl görünmesi gerekir?

Han Keun Lee’nin elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Brian Cunningham’ın laboratuvarında biyomühendislik profesörü Xing Wang ile işbirliği içinde yürüttüğü araştırma, IEEE Sensörler Günlüğü.

Lee, Cunningham, Wang ve ortak yazarları, hepsi boyut ve şekil olarak AirPods kasasına benzer bir muhafaza içinde bulunan, patojenlere veya kanserle ilişkili biyobelirteçlere yönelik çeşitli hassas testlerin sonuçlarını okuma ve karşılaştırma olanağı sunan bir cihazın tasarımını ve doğrulamasını paylaştı. Çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri ve ABD Gazi İşleri Bakanlığı tarafından desteklendi.

Bugünkü ev testlerinin sınırları

Lee, “Kanser tespitini evlere getirebileceğimize dair bir tutkum var. Şu anda kanseri tespit etmek çoğu zaman hastaneye gitmeyi ve kan alınmasını gerektiriyor” ve bu gereklilikler zamanında bakıma erişimin önünde engel oluşturabilir, dedi. “Buradaki işim, insanların bunları kullanmaya başlayabilmesi ve en son teknolojilere daha iyi erişebilmesi için bu testleri dünyaya sunabilmek.”

Evde yapılan birçok test, hamilelik testlerine veya COVID-19 antijen testleri gibi bulaşıcı hastalık testlerine benzer şekilde çalışır; etiketli moleküller, örnekte ilgilenilen bir madde mevcut olduğunda basit bir pozitif veya negatif sonuç üreten görünür bir çizgi oluşturur. Bu tür testler nispeten ekonomiktir ve kullanımı kolaydır, ancak duyarlılığı sınırlı olabilir ve sıklıkla yalnızca niteliksel veya yarı niceliksel sonuçlar sağlar.

İlgili her yeni patojen veya biyolojik molekül için test şeridinin yeni bir versiyonu da geliştirilmelidir.

Laboratuvarda yaygın olarak kullanılan başka bir test türü çok daha doğru ve niceliksel olabilir çünkü sinyali yükseltilebilen bir floresan boyanın ölçümüne dayanır. Ancak floresan sinyallerini okumak için kullanılan mevcut cihazların çoğu, ev veya bakım noktası ortamları için pratik değildir; bunlar büyük, pahalıdır ve çoğu zaman doğru kullanım için eğitim gerektirirler.

Eşleştirilmiş örnekler için daha küçük bir okuyucu

Lee, “Floresan analizlerini ölçmenin birçok farklı yolu var. Bunun bir örneği, tüm reaksiyon alanını yakalamak için bir kamera kullanmaktır… ancak bu, gelişmiş enstrümantasyon gerektirir” dedi.

“Bu bizim çok taşınabilir, küçük ve ucuz bir şey istediğimiz bakış açımızdan farklıydı. Mekansal bilgiyi yakalamadan ışığın yoğunluğunu algılayan basit bir bileşen olan bir fotodetektör kullanmaya karar verdik.”

Basit bir ışık dedektörü kullanmanın kendi dezavantajları vardır; tek bir dedektör, test edilen kişiden gelen numune ile temel negatif sonuç veren bir kontrol numunesi arasında net bir karşılaştırmaya izin vermez.

Lee ve meslektaşları daha önce VPod adını verdikleri, floresans sinyallerini algılayabilen ancak aynı anda yalnızca bir örneği ölçebilen kompakt, kullanıcı dostu bir cihaz tasarladılar. Mevcut yayınları, eşleştirilmiş bir test ve kontrol iş akışını destekleyen geliştirilmiş cihazları VPodDuo’yu sergiliyor: bu, iki numuneyi aynı anda ölçebildiği anlamına geliyor.

VPodDuo, kendisinden önceki VPod gibi, farklı moleküler tahlil formatlarıyla uyumluluğu nedeniyle bakım noktası ayarlarına da uygundur. Cihaz, çeşitli algılama kimyası türleri tarafından üretilen yeşil yayan floresans sinyallerini ölçerek aynı okuyucunun farklı hedeflere yönelik testlerde kullanılmasına olanak tanır.

Araştırma ekibi, VPodDuo’nun Zika virüsü, HIV ve metisiline duyarlı Staphylococcus aureus bakterilerinden elde edilen genetik materyalin yanı sıra kanser hücrelerinin olası varlığını gösteren insan genetik belirteçlerini doğru bir şekilde tespit edip ölçebildiğini gösterdi.

Tam test iş akışını tasarlama

Lee, “Tıbbın teşhis olmadan kör olduğuna dair ünlü bir söz vardır” dedi. “Bakım noktasında test yapmanın amacı mutlaka kesin bir teşhis koymak değil, daha ziyade daha sık test yapılmasına izin vermek ve böylece birinin zamanında tedavi alma şansının daha iyi olmasını sağlamaktır.”

VPodDuo’nun çok yönlülüğü ve doğruluğu onu değerli bir bilimsel ekipman haline getiriyor. Bakım noktası uygulamalarında pratik olması için taşınabilir ve kullanımı kolay olması da gerekiyordu.

Lee ve ortak yazarları, cihazı kablosuz olarak bir mobil cihaza bağlanacak şekilde tasarladılar, operasyona ve sonuçların yorumlanmasına yardımcı olacak sezgisel kullanıcı arayüzüne sahip bir yazılım uygulaması tasarladılar ve kazara kötüye kullanıma karşı koruma sağlayacak yerleşik güvenlik önlemleri tasarladılar. Bu özelliklerin tümü, merkezi laboratuvarların dışında kullanılabilecek bir bakım noktası test iş akışı oluşturma genel hedefine yöneliktir.

Lee, “Bu sadece bakım noktası kullanımı için bireysel testle ilgili değil, tüm sistemle ilgili” dedi. “Floresan moleküler testler için bunu sistem düzeyinde mühendislik perspektifinden ele almak istedik. Ben de oraya gitmek istedim, böylece tüm bu harika teknolojilerin gerçek fayda sağlayacak şekilde dünyaya getirilmesine yardımcı olabilirim.”