Stai sudando e febbricitante e non hai idea del perché. Fortunatamente, Gli scienziati dei Sandia National Laboratories hanno un dispositivo in grado di individuare cosa c'è che non va in meno di un'ora.

A differenza della maggior parte dei dispositivi diagnostici medici che possono eseguire solo un tipo di test, sia quello delle proteine ​​che quello dell'acido nucleico, lo SpinDx di Sandia ora può eseguire entrambi. Ciò consente di identificare quasi tutte le cause di malattia, compresi virus, batteri, tossine o marcatori del sistema immunitario di esposizione ad agenti chimici.

La nuova aggiunta di un elemento riscaldante consente a SpinDx di eseguire test degli acidi nucleici, che ricercano i codici genetici presenti in qualsiasi tipo di virus, parassiti o batteri. La tecnologia può anche rilevare allo stesso tempo le proteine ​​​​tossina, e determinare se sono attivi o meno, una distinzione fondamentale per adattare correttamente il livello di risposta medica.

La portabilità del dispositivo, convenienza, rapidità e affidabilità sono fondamentali per affrontare epidemie di malattie infettive nei luoghi più colpiti da esse e meno in grado di permettersi un laboratorio con strumenti tradizionali. Nelle nazioni in via di sviluppo, la diarrea è la seconda causa di morte nei bambini sotto i 5 anni, secondo i rapporti dell'Organizzazione Mondiale della Sanità. Queste morti sono in gran parte prevenibili quando vengono individuate le cause e il trattamento viene somministrato precocemente.

Aiutare a salvare queste vite è il motivo per cui gli scienziati di Sandia hanno deciso di testare le nuove capacità di SpinDx su potenziali cause di malattie diarroiche. La ricerca di Sandia mostra che SpinDx rileva con successo sia le tossine che i batteri che causano la diarrea nei campioni di feci. I risultati di questi test sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Biosensori e Bioelettronica .

Spinning verso soluzioni

SpinDx assomiglia un po' a un lettore DVD all'interno di una custodia di plastica resistente alle intemperie. È dotato di un disco usa e getta che distribuisce gocce di crudo, campioni biologici non processati in diversi canali che funzionano, secondo il chimico di Sandia Chung-Yan Koh, come "dozzine di minuscole provette".

Questo passaggio di distribuzione automatica è un grande risparmio di tempo. Chris Phaneuf, spiega un ex bioingegnere di Sandia, "invece di dover far cadere i campioni elaborati uno per uno in dozzine di minuscole camere, puoi caricare un campione grezzo in un singolo, porta centrale che distribuisce uniformemente il campione in ogni canale." Phaneuf è ora ingegnere di fluidica senior presso Illumina a San Diego, dove sviluppa tecnologie per la ricerca genetica.

Quando il disco gira, i campioni interagiscono con i reagenti del test all'interno dei canali, e, come dice Phaneuf, "se c'è una partita, si attaccheranno." In altre parole, se c'è un'interazione chimica tra il campione e il reagente, un laser rosso fa brillare la punta del canale, segnalando un agente infettivo a un'interfaccia software che visualizza il risultato.

In precedenza SpinDx eseguiva solo test proteici, che cercano sia le proteine ​​che gli anticorpi specifici del patogeno. Gli anticorpi sono proteine ​​prodotte dal sistema immunitario in risposta alle infezioni. Quando i virus in seguito scompaiono dal sangue, gli anticorpi che li hanno lavati sono ancora rilevabili. I test sulle proteine ​​possono anche identificare tossine letali come la neurotossina botulinica, un cucchiaino di cui ha il potenziale per uccidere circa 100 milioni di persone, secondo Phaneuf.

Accendere una LAMPADA sui sintomi

Grazie al suo nuovo elemento riscaldante e alla capacità di eseguire un nuovo dosaggio, SpinDx può condurre test sugli acidi nucleici in grado di identificare il virus o i batteri responsabili di sintomi come la diarrea. "È molto più veloce rilevare l'agente patogeno causale in un campione piuttosto che aspettare che un corpo produca anticorpi contro un'infezione, "Ha detto Phaneuf. "Essere in grado di fare entrambi i tipi di test dipinge il quadro più completo di ciò che è nel sistema di una persona".

I test virali convenzionali (tramite reazione a catena della polimerasi o PCR) richiedono il riscaldamento e il raffreddamento di un campione biologico molte volte per moltiplicare qualsiasi DNA o RNA virale a livelli rilevabili. Phaneuf e Koh hanno implementato un nuovo schema di analisi e rilevamento sviluppato da Sandia nell'aggiornamento SpinDx, che utilizza una chimica che richiede il riscaldamento del campione una sola volta.

In altri sistemi, il metodo di amplificazione isotermica mediata da loop (LAMP) per riscaldare un campione avviene sopra un piccolo blocco riscaldante che crea un singolo, temperatura uniforme all'interno di un dispositivo. SpinDx utilizza un minuscolo emettitore di calore a infrarossi che si libra nella parte superiore del dispositivo, mirando alla parte del disco rotante che esegue il test e da nessun'altra parte.

Essere in grado di controllare il flusso di calore consente diverse zone di temperatura all'interno di SpinDx, consentendo i test simultanei dell'acido nucleico e delle proteine. I test degli acidi nucleici richiedono una temperatura che normalmente distruggerebbe le proteine ​​di un campione.

Una rivoluzione diagnostica

SpinDx è stato concesso in licenza da partner del settore (vedi pagina 34) per usi diversi come test di fertilità maschile e monitoraggio della sicurezza dell'approvvigionamento idrico. Con le sue nuove capacità, la tecnologia ha il potenziale per migliorare i problemi diagnostici in contesti di tutto il mondo, e non solo per gli umani.

Phaneuf ha descritto un virus altamente contagioso che devasta capre e pecore in parti del mondo in cui quegli animali sono fondamentali per il sostentamento delle persone. Queste comunità spesso non hanno accesso a un laboratorio, ma questo strumento potrebbe diagnosticare rapidamente i loro animali e consentire un trattamento adeguato.

Sandia sta attualmente utilizzando la tecnologia anche per la ricerca in applicazioni diverse come la bioenergia e il rilevamento di guerre chimiche. Nel primo caso, gli scienziati stanno usando SpinDx per cercare predatori che potrebbero causare il crollo delle alghe coltivate per i biocarburanti e le sostanze chimiche rinnovabili.

Nel secondo caso, Koh sta testando i soldati per l'esposizione ad agenti di guerra chimica. Il progetto finanziato dalla Defense Threat Reduction Agency utilizzerà SpinDx per cercare biomarcatori di esposizione. Il controllo della temperatura in questa ricerca è essenziale, perché rende il test più preciso, ha detto Koh.

Inoltre, c'è una finestra molto breve per il trattamento se un soldato è esposto a un agente chimico. La velocità con cui SpinDx può fornire risultati potrebbe aiutare a garantire che il trattamento venga somministrato in tempo affinché sia ​​efficace.

La capacità di condurre accuratamente tutti questi test contemporaneamente in un dispositivo portatile e leggere i risultati in un'ora o meno distingue SpinDx dagli altri sistemi disponibili. Tradizionalmente, questi risultati hanno richiesto un laboratorio ben attrezzato dotato di tecnici esperti.

Koh e Phaneuf dicono che vorrebbero vedere batterie e pannelli solari aggiunti a SpinDx, rendendolo dispiegabile quasi ovunque. Potrebbe anche un giorno aiutare un medico a determinare rapidamente se i sintomi della tua malattia sono dovuti all'influenza, il tuo cibo, o qualcos'altro completamente.