Un gruppo multidisciplinare che comprende l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e l'Università di Washington a Tacoma ha sviluppato una nuova piattaforma per diagnosticare le malattie infettive presso il punto di cura, utilizzando uno smartphone come strumento di rilevamento in combinazione con un kit di test nel formato di una carta di credito. Il gruppo è guidato dal professore di ingegneria elettrica e informatica dell'Illinois Brian T. Cunningham; Professore di bioingegneria dell'Illinois Rashid Bashir; e, Università di Washington a Tacoma Professor David L. Hirschberg, che è affiliato a Scienze e Matematica, divisione della Scuola di Arti e Scienze Interdisciplinari.

I risultati sono stati pubblicati in Chimica analitica , dimostrando l'individuazione di quattro malattie respiratorie del cavallo, e in Microdispositivi biomedici , dove il sistema è stato utilizzato per rilevare e quantificare la presenza di Zika, Dengue, e il virus Chikungunya in una goccia di sangue intero. I collaboratori del progetto includono il Dr. David Nash, uno studio privato esperto di equini e veterinario in Kentucky, e il dottor Ian Brooks, un informatico presso il National Center for Supercomputing Applications.

Il basso costo, portatile, Il sistema integrato nello smartphone fornisce una soluzione promettente per affrontare le sfide della diagnostica delle malattie infettive, soprattutto in contesti con risorse limitate o in situazioni in cui è necessario un risultato immediatamente. L'integrazione dello strumento diagnostico con la tecnologia delle comunicazioni mobili consente un'assistenza personalizzata del paziente e facilita la gestione delle informazioni sia per gli operatori sanitari che per gli sforzi di sorveglianza epidemiologica. È importante sottolineare che il sistema raggiunge limiti di rilevazione paragonabili a quelli ottenuti con metodi e strumenti di laboratorio, in circa 30 minuti.

Un'utile funzionalità per la diagnosi del punto di cura umano (POC) o per un laboratorio veterinario mobile, consiste nel testare contemporaneamente la presenza di più di un agente patogeno con un unico protocollo di test, che abbassa i costi, risparmia tempo e fatica, e consente un pannello di agenti patogeni, che possono causare sintomi simili, da identificare.

Le malattie infettive rimangono le principali cause di morte umana e disabilità, e con i recenti focolai di infezioni da virus Zika, c'è un forte bisogno di semplicità, sensibile, e test point-of-care facilmente traducibili. Il virus Zika è apparso sotto i riflettori internazionali alla fine del 2015 quando sono emerse prove di un possibile legame tra un'epidemia che colpisce il Brasile e l'aumento dei tassi di microcefalia nei neonati. Zika è diventato un problema globale diffuso:l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) ha documentato lo scorso anno che dal giugno 2016, 60 nazioni e territori segnalano una trasmissione trasmessa dalle zanzare in corso. Inoltre, poiché l'infezione da virus Zika condivide i sintomi con altre malattie come Dengue e Chikungunya, Presto, è necessaria una diagnosi accurata per differenziare queste infezioni e determinare la necessità di un trattamento aggressivo o di una quarantena.

Per lo sforzo di ricerca, i cavalli sono stati utilizzati come modello animale per le malattie respiratorie nell'uomo e negli animali da cibo. Dice il Dr. David Nash "Spesso puoi sviluppare più facilmente strumenti diagnostici per uso umano entrando prima nello sviluppo dal lato animale delle cose. Molte malattie si manifestano prima negli animali, una specie di canarino nella miniera di carbone."

Un contributore chiave del progetto, Il Dr. Nash commenta l'impatto finanziario delle epidemie di malattie infettive nei cavalli:"È costoso per i proprietari e gli addestratori di cavalli, e interrompe le operazioni commerciali di tutti gli sport equini. Considera questo:il 25 dicembre, 2016 un singolo cavallo scuderia presso il Fair Grounds Race Course di New Orleans ha avuto la febbre e successivamente ha sviluppato sintomi neurologici. Il laboratorio diagnostico statale era a 100 miglia di distanza ed era chiuso per le vacanze di Natale. Il risultato finale è stato un focolaio di herpesvirus-1 equino (EHV-1) che ha provocato la quarantena di oltre 200 cavalli all'ippodromo e una grave perdita finanziaria per i proprietari di cavalli e il proprietario dell'ippodromo, Churchill Downs, Inc. Immagina le conseguenze se dovessero mai rimandare il Kentucky Derby a causa di un'epidemia".

La tecnologia ha lo scopo di consentire ai medici di diagnosticare rapidamente la malattia nel loro ufficio o sul campo, con conseguente prima, decisioni più informate sulla gestione del paziente, migliorando notevolmente il controllo dei focolai di malattie. Un importante prerequisito per l'adozione diffusa dei test point-of-care al fianco del paziente è la disponibilità di strumenti di rilevazione poco costosi, portatile, e in grado di condividere i dati in modalità wireless su Internet.

Il sistema utilizza uno smartphone commerciale per acquisire e interpretare immagini in tempo reale di una reazione di amplificazione enzimatica che avviene in un chip microfluidico di silicio che genera una fluorescenza verde e visualizza una lettura visiva del test. Il sistema è composto da uno smartphone non modificato e da una culla portatile stampata in 3D che supporta i componenti ottici ed elettrici, e si interfaccia con la fotocamera posteriore dello smartphone.

L'applicazione software operante sullo smartphone raccoglie informazioni sui test effettuati sulla scheda microfluidica, informazioni specifiche per il paziente, e i risultati delle analisi, che vengono poi comunicati a un database di archiviazione cloud.

Il dottor Nash osserva che, "Questo progetto è un punto di svolta. Questo è il futuro della medicina:professionisti sanitari in prima linea responsabilizzati. Non possiamo fermare virus e batteri, ma possiamo diagnosticare più rapidamente. Siamo stati in grado di dimostrare il chiaro beneficio per l'umanità, oltre che agli animali, durante la fase di proposta del progetto, ei nostri risultati hanno dimostrato la nostra premessa. Prossimo, voglio andare in campo, più siti, più località geografiche, e testare in situazioni del mondo reale."

Fu Sun, studentessa laureata e assistente di ricerca della U of I, vede questo progetto come la realizzazione di uno dei suoi principali obiettivi di carriera:"Sono entrata nella scuola di specializzazione con la speranza di creare un mondo migliore sviluppando dispositivi biomedici che possono facilitare un'efficace prevenzione delle malattie, diagnosi, o trattamento. Questo progetto è in linea con il mio obiettivo poiché fornisce una soluzione point-of-care per la diagnosi rapida delle malattie infettive. Collegato a un database cloud tramite uno smartphone, aiuta gli operatori sanitari sul campo ad abbracciare l'era dei big data e dell'Internet of Things".

Il sistema rappresenta l'unica piattaforma fino ad oggi in grado di multiplex il rilevamento di bersagli virali e di altri acidi nucleici su una configurazione portatile point-of-care utilizzando una goccia di fluido corporeo, compreso il sangue intero.

Per il Dr. Nash l'esperienza di lavorare con il team dell'Università dell'Illinois e altri collaboratori del progetto è stata grandiosa, come osserva "Una squadra diversificata è stata effettivamente creata qui. Un malvagio gruppo di persone intelligenti! Non riesco a immaginare di entrare in un progetto senza ingegneri ora."