أداة تشخيصية جديدة للكشف عن الأمراض

أظهر باحثون من جامعة أريزونا طريقة لتبسيط اختبار المرضى للأمراض المعدية ومستويات البروتينات غير المتوازنة بشكل كبير. تعد معدات الاختبار المبتكرة التي طورها الباحثون بجعل الإجراء أقل تكلفة وأسرع

أظهر باحثون من جامعة أريزونا طريقة لتبسيط اختبار المرضى للأمراض المعدية ومستويات البروتينات غير المتوازنة بشكل كبير. تعد معدات الاختبار المبتكرة التي طورها الباحثون بجعل الإجراء أقل تكلفة وأسرع.

ويقول الباحث الرئيسي، الأستاذ في كلية هندسة النظم الصحية والبيولوجيا بجامعة أريزونا، إن طرق الاختبار الحالية بطيئة ومكلفة بسبب مشاكل التعامل مع عينات الدم واللعاب والبول والسوائل البيولوجية الأخرى. ويوضح الباحث أن مثل هذه العينات "هي مخاليط معقدة تتطلب استخدام معدات متطورة قادرة على خلط العينة مع الأجسام المضادة أو الكواشف البيولوجية الأخرى من أجل الحصول على رد فعل دقيق إيجابي أو سلبي".

وتمكن الباحثون من تطوير طريقة اختبار تسمح باختبار عينة المريض الخاصة من خلال التفاعل باستخدام جهاز اختبار أساسي ورخيص. تستخدم هذه الطريقة الثنائيات الباعثة للضوء (LED) ومكبرات الصوت الإلكترونية الدقيقة البسيطة بدلاً من الوسائل التكنولوجية المتقدمة والأكثر تكلفة مثل الليزر والروبوتات.

وأظهر الباحثون أن الأسطح شديدة الكارهة للماء قادرة على تحويل الدم واللعاب والبول والسوائل الأخرى إلى قطرات مستديرة. هذه القطرات قادرة على تركيز الضوء والاختلاط بسرعة بالإضافة إلى تحريك الجزيئات الدقيقة والنانوية التي يمكن تحليلها للكشف عن عامل معدي أو بروتين معين. "الكراهية المفرطة للماء" هي خاصية المواد التي تطرد الماء، مثل ريش البط أو أوراق نبات اللوتس. وتستخدم هذه المواد تجاريا في الأقمشة ومواد البناء والطلاء السطحي.

يعمل الجهاز الجديد عن طريق وضع قطرة من الجسيمات النانوية أو الجسيمات الدقيقة في قطرة من العينة السائلة للمريض على سطح فائق الكارهة للماء. يحتوي السطح على غمازات صغيرة تثبت عينة السائل في مكانها لاستقبال قطرة كروية.

يتصرف القطرة مثل العدسة بسبب التوتر السطحي. يقوم الصمام الثنائي الباعث للضوء بإشعاع الضوء نحو القطرة ويقوم شكل القطرة بتركيز الضوء في شعاع قوي يتم قياسه بواسطة صمام ثنائي ثانٍ. ويوضح الباحث أنه بما أن القطرة تتبخر ببطء، فإن الجسيمات النانوية تبدأ في الالتصاق ببعضها بسرعة عندما تحتوي العينة السائلة للمريض على المادة المعدية أو البروتين الذي يتم اختباره. تهاجر المادة المعدية أو البروتين إلى مركز القطرة، للحصول على وضع تتحرك فيه الجزيئات الأخرى نحو السطح. وتؤدي هذه الظاهرة إلى اختلاط داخلي مما يسرع عملية التشخيص بحيث يتم الكشف في أقل من دقيقتين.

وبما أن العينة السائلة تتكامل مع الثنائيات والمكونات الإلكترونية الدقيقة، أطلق الباحثون على جهازهم المبتكر اسم Integrascope.

قام الباحثون ببناء عدة نماذج أولية للأجهزة بناءً على التصميم المذكور أعلاه، وأظهروا كيف يتم استخدام الجهاز لاختبار وجود البروتين المعروف باسم "البروتين التفاعلي C" في عينة دم بشرية، وهو البروتين الذي يعد علامة على العديد من الحالات الالتهابية عند حدوثه. مستواه في الدم مرتفع. قد تشير المستويات العالية من البروتين إلى تلف الخلايا أو الأنسجة، أو الالتهاب، أو اضطراب وظائف الكلى، أو إنتاج الجهاز المناعي المزيد والمزيد من الأجسام المضادة استجابة للعدوى أو أحد أمراض المناعة الذاتية. انخفاض مستويات البروتين قد يشير إلى سوء التغذية، أو وجود أمراض تمنع الجسم من إنتاج ما يكفي من بروتينات الدم. كما يمكن استخدام الجهاز للحصول على مؤشر للصحة العامة للشخص، وذلك بفضل قياس الكمية الإجمالية للبروتينات في الدم واللعاب والبول.

واعتمد تطوير الجهاز على اكتشاف مفاجئ حدث خلال رسالة الدكتوراه التي قدمها الباحث، أثناء قيامه بإجراء تجربة قام فيها بتوجيه صمام ثنائي باعث للضوء نحو قطرة تقع على سطح فائق الكارهة للماء. وحاول معرفة ما إذا كان بإمكانه ملاحظة تغيرات في الضوء المنبعث نتيجة لوجود البروتين في السائل. قال الباحث الرئيسي: "لدهشتنا، أدركنا على الفور أن ترتيبه المختبري أنتج شعاعًا ضوئيًا قويًا للغاية يمكن قياسه بسهولة باستخدام كاشف الضوء من الألياف الضوئية الموجود لدينا في المختبر".
ونشرت نتائج البحث على الموقع الإلكتروني للمجلة العلمية Nature Precedings. توضح المقالة كيفية عمل الجهاز الجديد وتشرح بالتفصيل المعلومات التي يقدمها الاختبار التشخيصي في بضع دقائق.

تستخدم الأجهزة غير المكلفة الأكثر شيوعًا في السوق اليوم المقايسات المناعية للتدفق الجانبي التي تشبه في الشكل والوظيفة مجموعة أدوات اختبار الحمل المنزلي.

إن العائق الرئيسي أمام إنتاج أجهزة تشخيص رخيصة للعديد من الحالات والأمراض باستخدام الطريقة المذكورة أعلاه هو ضرورة التنازل عن الحساسية مقابل الانتقائية. وهناك أسلوب آخر لتصغير حجم الأجهزة المعقدة يعاني من صعوبة خفض التكلفة إلى مستوى يستطيع أغلب المستهلكين التعامل معه ـ نحو دولار إلى دولارين لكل مجموعة ـ فضلاً عن الحاجة إلى قطع الغيار والتعامل معها بشكل خاص. يوضح الباحث: "لكي يكون لها تأثير عالمي، نحتاج إلى أدوات دقيقة وحساسة يمكنها مساعدة مقدمي الرعاية الصحية على علاج المرضى بتكلفة منخفضة حتى أثناء زيارتهم الأولى".

"هدفنا هو ترجمة هذه التكنولوجيا والتصميم إلى جهاز متاح وقابل للاستخدام يمكننا توفيره مجانًا للعيادات. "التكلفة الوحيدة لجهازنا الجديد ستشمل قطرة الجسيمات وقطعة صغيرة من السطح فائق المقاومة للماء - فقط 1-2 دولار"، يوضح الباحث الرئيسي.

الخبر من الجامعة