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Advanced nanophotonic point-of-care analysis device for fast and early diagnosis of cardiovascular diseases

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Biomarcatori di malattie cardiovascolari nel sangue rilevati a nano livelli

Una domanda sempre crescente di dispositivi per analisi decentrate (POCT, Point-Of-Care Testing) ha dato origine alla tecnologia di analisi PHOCNOSIS per la diagnosi precoce delle malattie cardiovascolari (CVD, CardioVascular Disease).

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La CVD è la principale causa di morte nell’UE, con 1,9 milioni di decessi ogni anno (il 40 % di tutti i decessi) con un costo associato stimato di quasi 196 miliardi di EUR ogni anno. Tuttavia, una CVD può essere trattata con successo se rilevata precocemente e gestita secondo le migliori pratiche.

«Nano-attacco» doppio su biomarcatori mirati

«Il nostro progetto PHOCNOSIS, finanziato dall’UE, ha ideato un dispositivo di analisi basato sulla nanotecnologia per la diagnosi minimamente invasiva di CVD», illustra Jaime García-Rupérez, coordinatore del progetto. L’approccio si basa sulla combinazione di nanofotonica e micro-/nanofluidica. Gli elementi sensibili nel sistema sono costituiti da strutture nanofotoniche di dimensioni molto ridotte in grado di fornire un’elevata sensibilità. Come spiega García-Rupérez: «Ciò significa che i chip di analisi possono contenere migliaia di elementi di rilevamento in un’area estremamente ridotta». Per aumentare ulteriormente la sensibilità per rilevare le concentrazioni richieste dei biomarcatori target, i sensori nanofotonici sono stati combinati con un sistema nanofluidico controllato elettricamente basato sull’isotacoforesi della zona di svuotamento o dz-ITP (depletion zone IsoTachoPhoresis). Questa tecnica può aumentare significativamente la concentrazione degli analiti target in una determinata posizione.

Integrazione dei due nanosistemi per il futuro

Sebbene il funzionamento dei sistemi nanofluidico e nanofotonico sia stato dimostrato in modo indipendente, nel periodo del progetto non è stata possibile una loro integrazione. «Lavorando sulla loro integrazione, abbiamo osservato che i segnali elettrici utilizzati per controllare il concentratore nanofluidico producevano un aumento significativo delle perdite ottiche per i sensori nanofotonici», spiega il coordinatore. I ricercatori hanno tentato senza successo di cambiare i segnali elettrici per mantenere il concentratore in funzione con perdite ottiche accettabili. Tuttavia, non è stato possibile eseguire test sufficienti nel tempo disponibile. Ironia della sorte, l’opinione dei ricercatori è che questo effetto indesiderato potrebbe avere applicazioni in altri scenari quali il controllo e l’elaborazione del segnale ottico. Una volta che riusciranno a risolvere questi problemi, i ricercatori di PHOCNOSIS si aspettano di poter implementare un dispositivo in grado di analizzare da 2 a 3 gocce del sangue di un paziente in soli 10-15 minuti per diagnosticare i primi segni di una CVD. Un’altra opzione rilevante ideata dal team PHOCNOSIS è stata l’uso di etichette fluorescenti con il concentratore. Con questo approccio sono stati ottenuti ottimi risultati. Il lavoro su queste linee continuerà e lo sviluppo del target sarà un sistema economico, compatto e facile da usare. «Il campione da analizzare deve essere semplicemente inserito in una cartuccia di analisi e introdotto nella piattaforma di lettura automatizzata», aggiunge García-Rupérez. Riassumendo la situazione, vale la pena notare che esiste già un prototipo di piattaforma, che potrebbe essere utilizzato anche per altre applicazioni in cui il rilevamento di concentrazioni non così basse o analiti non così piccoli sia richiesto in altre analisi, come per il rilevamento di batteri nei settori alimentari o ambientali. Ciò potrebbe essere ottenuto mediante calibrazione del test a cui sono destinati i chip di rilevamento. García-Rupérez ritiene che l’uso di etichette fluorescenti con il sistema di concentrazione nanofluidica possa avere un’applicazione più diretta nel campo della diagnostica medica. «Nel complesso, i progressi nei diversi campi di ricerca coinvolti nel progetto PHOCNOSIS sono stati notevoli e ci hanno permesso di imparare molto per lavorare in futuro con i dispositivi POCT», conclude.

Parole chiave

PHOCNOSIS, CVD, nanofotonica, nanofluidica, malattia cardiovascolare, chip, analisi decentrate

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