Fra COVID til kreft: Ny hjemmetest oppdager sykdommer med forbløffende nøyaktighet

Har du sår hals og tett nese? Fremveksten av raske hjemmetester har gjort det enkelt å avgjøre om du har en alvorlig sykdom som COVID-19 eller bare vårallergier. Men til tross for at de er raske og enkle, er disse testene mindre følsomme enn de som brukes på klinikker. Dette betyr at resultatet kan være negativt selv om personen er smittet.

Løsningen kan være en ny, rimelig biosensorteknologi som kan gjøre raske hjemmetester 100 ganger mer følsomme for virus som COVID-19. Den kan også utvide mulighetene for rask screening for andre farlige tilstander som prostatakreft og sepsis.

Forskere ved University of California, Berkeley har utviklet en test som kombinerer en naturlig fordampningsprosess kalt «kafferingeffekten» med plasmonikk og kunstig intelligens for å nøyaktig oppdage sykdomsbiomarkører på bare få minutter.

«Denne enkle, men kraftige teknikken gir svært nøyaktige resultater på en brøkdel av tiden som kreves for tradisjonelle diagnostiske metoder», sa Kamyar Behrouzi, en nylig doktorgradskandidat i mikroelektromekaniske systemer og nanoingeniørfag ved UC Berkeley.
«Arbeidet vårt baner vei for mer tilgjengelige og rimelige diagnostiske løsninger, spesielt for ressursbegrensede regioner.»

En beskrivelse av teknologien ble publisert i tidsskriftet Nature Communications.

Kafferingeffekt og nanopartikler

Hvis du ser nøye på en kaffe- eller vinflekk, vil du legge merke til at den er mørkere i kantene enn i midten. Dette skyldes et fysisk fenomen kjent som kafferingeffekten: når en dråpe væske fordamper, skaper den en strøm som skyver suspenderte partikler mot kantene. Hvis partiklene er pigmenterte, som i kaffe eller vin, vil det dannes en mørkere ring rundt kantene på flekken.

I 2020 utviklet Behrouz en biosensor for å oppdage COVID-19, og la merke til at dråper av hans eksperimentelle løsning etterlot ringformede merker når de tørket. Han innså at kafferingeffekten kunne brukes til å konsentrere COVID-19-viruspartikler, noe som gjorde dem lettere å oppdage.

«Vi innså at vi kunne bruke denne effekten til å skape noe mye bedre enn vi opprinnelig planla», sa Behrouz.

Hvordan fungerer testen?

Hurtigtestteknologien bruker ørsmå partikler kalt plasmoniske nanopartikler som samhandler med lys på en spesiell måte.

1. Brukeren påfører en dråpe væske som inneholder proteiner assosiert med sykdommen (for eksempel fra en vattpinne fra munnen eller nesen) på membranen.
2. Når dråpen er tørr, konsentrerer den sykdomsbiomarkører i kafferingens område.
3. Brukeren tilsetter deretter en andre dråpe som inneholder plasmoniske nanopartikler som «fester seg» til sykdomsbiomarkører.

Hvis biomarkører er tilstede, danner nanopartiklene spesifikke mønstre som endrer måten lys samhandler med membranen. Disse endringene kan sees med det blotte øye eller med en AI-drevet smarttelefonapp.

Teknologien gir resultater på under 12 minutter og er 100 ganger mer følsom for COVID-19 enn lignende hjemmetester.

Søknad om andre sykdommer

«Et av de viktigste proteinene vi kan oppdage med denne teknikken er en biomarkør for sepsis, en farlig inflammatorisk respons på en bakteriell infeksjon som kan utvikle seg veldig raskt, spesielt hos personer over 50 år», sa seniorforfatter av studien, Liwei Lin, professor i maskinteknikk ved UC Berkeley.
«Hver time teller, men det kan ta dager å dyrke bakterier for å identifisere smittekilden. Teknikken vår kan gjøre det mulig for leger å oppdage sepsis på 10 til 15 minutter.»

Forskere har allerede laget en prototype av en hjemmetest som ligner på hurtige COVID-19-tester, med 3D-printede komponenter som hjelper med å plassere prøven riktig og påføre plasmoniske dråper.

«Under COVID-19-pandemien var vi avhengige av hjemmetester for å se om vi var smittet. Jeg håper teknologien vår vil gjøre det mer tilgjengelig å få regelmessig screening for tilstander som prostatakreft uten å måtte forlate hjemmet», sa Lin.