Przenośny detektor patogenów umożliwia szybką reakcję na chorobę
W wielu krajach o niższych dochodach brakuje infrastruktury niezbędnej do radzenia sobie z ogniskami chorób zakaźnych: wykwalifikowanego personelu mogącego zajmować się pobieranie próbek, sieci logistycznych do transportu próbek do laboratoriów oraz sprzętu umożliwiającego identyfikację patogenów. Projekt ECLIPSE(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wspierany przez Europejską Radę ds. Innowacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie), powstał, aby sprostać temu wyzwaniu poprzez opracowanie prototypu niezawodnego i niedrogiego przenośnego detektora patogenów. „Projekt ECLIPSE rozpoczął się wraz z wybuchem pandemii SARS-CoV-2, która uwidoczniła pilną potrzebę stworzenia na całym świecie narzędzi nowej generacji do wykrywania wielu patogenów”, mówi koordynator projektu Luca Prodi. „Naszym celem jest stworzenie wzorcowego zestawu do identyfikacji patogenów, dobrze dostosowanego do masowych badań przesiewowych, aby zapobiec przekształceniu się przyszłych epidemii w kolejną pandemię”.
Rzucanie światła na ogniska epidemiczne
Kluczowa innowacja opracowana przez zespół ECLIPSE wymagała pokonania dwóch wyzwań. Pierwsze z nich dotyczyło precyzyjnego namierzenia patogenu lub jego kwasu nukleinowego. W projekcie stworzono sondę wykorzystującą „test fag-kanapka”, w którym wykorzystuje się molekularny mechanizm wirusów wiążący się z powierzchnią interesującego patogenu. Aby zwiększyć dokładność, tego typu sonda wykorzystuje dwie różne cząsteczki, które wiążą się z dwoma różnymi miejscami na mikroorganizmie, tworząc wokół celu strukturę przypominającą „kanapkę”. Drugim wyzwaniem było wygenerowanie wystarczająco silnego sygnału nawet w przypadku obecności niewielkiej ilości patogenu w próbce. Aby temu zaradzić, zespół wykorzystał elektrochemiluminescencję (ECL) – czułą technikę detekcji opartą na emisji światła – której uzupełnieniem były strategie biotechnologiczne, znacznie wzmacniające sygnał. Po wprowadzeniu próbki krwi, śliny lub moczu do platformy ECLIPSE magnetyczne mikrokuleczki wyposażone w sondy wirusowe przyłączają się do badanego patogenu. Następnie z celem tym wiążą się cząsteczki reporterowe emitujące światło. Magnes przyciąga mikrokuleczki do elektrody, gdzie impuls elektryczny wyzwala reportery, a jego intensywność jest proporcjonalna do ilości patogenu obecnego w próbce. „Konwencjonalne testy ECL opierają się głównie na przeciwciałach zawierających tylko kilka znaczników luminescencyjnych, podczas gdy nasze systemy bazujące na nanocząstkach i fagach zawierają tysiące jednostek luminescencyjnych na próbkę, co skutkuje znacznie silniejszym wykrywalnym sygnałem. W porównaniu z bardziej typowymi technikami testów opartych na przeciwciałach to zamiana lampki na żyrandol”, wyjaśnia Prodi, profesor chemii na Uniwersytecie w Bolonii(odnośnik otworzy się w nowym oknie) we Włoszech. Aby zademonstrować wszechstronność platformy, wykorzystano ją do rozpoznania trzech patogenów: wirusa SARS-CoV-2, bakterii Pseudomonas oraz pierwotniaka pasożytniczego Leishmania. „Platforma wykazała się wysoką czułością i swoistością zarówno w przypadku wirusa SARS-CoV-2, jak i bakterii Pseudomonas. Jednak wiele zmiennych, takich jak wahająca się jakość próbek dostarczanych przez dostawców, ograniczyła powtarzalność wyników”, zauważa Prodi. „Wykrywanie pasożytów stanowiło wyzwanie, ponieważ muszą one być wykrywane wewnątrz komórek gospodarza, co oznacza, że w przyszłości wymagane będzie bardziej dostosowanego podejścia, na przykład skupiającego się na zakażonych białych krwinkach”.
Przygotowanie na pandemię
Wielu ekspertów ostrzega, że nie jest to kwestia tego, czy nadejdzie kolejna pandemia, ale że koncepcja ECLIPSE może okazać się przełomowa w kwestii szybkiego i niezawodnego testowania i śledzenia zakażeń. „Platformę opracowano tak, aby można ją było dostosować do innych chorób, w tym nowotworów”, dodaje Prodi. „Może być także rutynowo wykorzystywana do szybkiej diagnostyki, na przykład przez lekarzy pierwszego kontaktu, pomagając w podejmowaniu decyzji terapeutycznych, takich jak to, czy przepisać antybiotyki, czy nie”. Dzięki posiadanym patentom i już utworzonej spółce spin-off(odnośnik otworzy się w nowym oknie) badane są obecnie możliwości rynkowe. Planuje się, że platforma zostanie najpierw wprowadzona na rynek weterynaryjny, a dopiero potem opracowane zostaną zastosowania dla ludzi.
