Fra COVID til kræft: Ny hjemmetest opdager sygdomme med forbløffende nøjagtighed

Har du ondt i halsen og tilstoppet næse? Fremkomsten af hurtige hjemmetests har gjort det nemt at se, om du har en alvorlig sygdom som COVID-19 eller bare forårsallergier. Men på trods af deres hurtighed og bekvemmelighed er disse tests mindre følsomme end dem, der bruges på klinikker. Det betyder, at resultatet kan være negativt, selvom personen er smittet.

Løsningen kunne være en ny, billig biosensorteknologi, der kan gøre hurtige hjemmetests 100 gange mere følsomme over for vira som COVID-19. Den kan også udvide mulighederne for hurtig screening for andre farlige tilstande som prostatakræft og sepsis.

Forskere ved University of California, Berkeley, har udviklet en test, der kombinerer en naturlig fordampningsproces kaldet "kafferingeffekten" med plasmonik og kunstig intelligens for præcist at detektere sygdomsbiomarkører på få minutter.

"Denne enkle, men effektive teknik giver meget præcise resultater på en brøkdel af den tid, der kræves for traditionelle diagnostiske metoder," sagde Kamyar Behrouzi, en nylig ph.d.-kandidat i mikroelektromekaniske systemer og nanoengineering ved UC Berkeley.
"Vores arbejde baner vejen for mere tilgængelige og overkommelige diagnostiske løsninger, især for ressourcebegrænsede områder."

En beskrivelse af teknologien blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.

Kafferingseffekt og nanopartikler

Hvis du ser nærmere på en kaffe- eller vinplet, vil du bemærke, at den er mørkere i kanterne end i midten. Dette skyldes et fysisk fænomen kendt som kafferingeffekten: Når en dråbe væske fordamper, skaber den en strøm, der skubber suspenderede partikler mod kanterne. Hvis partiklerne er pigmenterede, som i kaffe eller vin, vil der dannes en mørkere ring omkring plettens kanter.

I 2020 udviklede Behrouz en biosensor til at detektere COVID-19 og bemærkede, at dråber af hans eksperimentelle opløsning efterlod ringformede mærker, når de tørrede. Han indså, at kaffe-ringeffekten kunne bruges til at koncentrere COVID-19-viruspartikler, hvilket gjorde dem lettere at detektere.

"Vi indså, at vi kunne bruge denne effekt til at skabe noget meget bedre, end vi oprindeligt havde planlagt," sagde Behrouz.

Hvordan fungerer testen?

Den hurtige testteknologi bruger bittesmå partikler kaldet plasmoniske nanopartikler, der interagerer med lys på en særlig måde.

1. Brugeren påfører en dråbe væske, der indeholder proteiner forbundet med sygdommen (f.eks. fra en podning fra mund eller næse) på membranen.
2. Når dråben er tør, koncentrerer den sygdomsbiomarkører i kafferingens område.
3. Brugeren tilsætter derefter en anden dråbe indeholdende plasmoniske nanopartikler, der "klæber" til sygdomsbiomarkører.

Hvis der er biomarkører til stede, danner nanopartiklerne specifikke mønstre, der ændrer den måde, lys interagerer med membranen på. Disse ændringer kan ses med det blotte øje eller med en AI-drevet smartphone-app.

Teknologien giver resultater på under 12 minutter og er 100 gange mere følsom over for COVID-19 end lignende hjemmetests.

Ansøgning om andre sygdomme

"Et af de vigtigste proteiner, vi kan detektere med denne teknik, er en biomarkør for sepsis, en farlig inflammatorisk reaktion på en bakteriel infektion, der kan udvikle sig meget hurtigt, især hos personer over 50," sagde seniorforfatter af studiet, Liwei Lin, professor i maskinteknik ved UC Berkeley.
"Hver time tæller, men det kan tage dage at dyrke bakterier for at identificere infektionskilden. Vores teknik kan give læger mulighed for at detektere sepsis på 10 til 15 minutter."

Forskere har allerede skabt en prototype af en hjemmetest, der ligner hurtige COVID-19-tests, med 3D-printede komponenter, der hjælper med at placere prøven korrekt og påføre plasmoniske dråber.

"Under COVID-19-pandemien var vi afhængige af hjemmetests for at se, om vi var smittede. Jeg håber, at vores teknologi vil gøre det mere tilgængeligt at få regelmæssig screening for tilstande som prostatakræft uden at skulle forlade hjemmet," sagde Lin.