A nanogold 15 perc alatt kimutatja a betegségeket: A NasRED több száz molekulát olvas le egy csepp vérben

Az ACS Nano leírt egy NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ) nevű hordozható diagnosztikai tesztet: arany nanorészecskéket és elektrooptikai leolvasást használ a fertőzések antigénjeinek és antitestjeinek kimutatására szuper alacsony koncentrációban – egészen a szubfemtomoláris/attomoláris szintig. A COVID-19 tesztelése pontos megkülönböztetést mutatott más fertőzésektől, a válaszidő ~15 perc volt, a teszt költsége pedig körülbelül 2 dollár. A szerzők szerint az érzékenység ~3000-szer nagyobb, mint az ELISA-é, 16-szor kevesebb mintára van szükség, és az eredmény 30-szor gyorsabb.

Háttér

• Miért ismét a PoC diagnosztika, és hogyan mérhető a sikeressége? A gyakorlatban olyan ellátás közbeni tesztekre van szükség (helyszíni, gyors, olcsó), amelyek megfelelnek a BIZTOSÍTOTT/BIZTOSÍTOTT kritériumoknak: Megfizethető, Érzékeny, Specifikus, Felhasználóbarát, Gyors/Robusztus, Eszközmentes/egyszerű, Kiszállítható, plusz Valós idejű kapcsolat és egyszerű mintavétel. A legtöbb "otthoni" teszt még mindig nem fedi le az összes pontot, különösen az "S" - érzékenységet. Ezért folyik a verseny olyan módszerekért, amelyek laboratóriumi szintű érzékenységet biztosítanak laboratórium nélkül.
• Ahol a klasszikusok elakadnak.
  • A LAT tesztcsíkok (antigéntesztek) gyorsak és olcsók, de a PCR-rel szembeni érzékenységük mérsékelt és nagymértékben függ a vírus terhelésétől/a betegség időtartamától; még a legjobb készletek is gyakran elmaradnak a „laboratóriumi” érzékenységtől.
  • Az ELISA pontos, de reagenseket, mosókat/leolvasókat és inkubációkat igényel – ez órákig tartó munkaidőt és egy laboratóriumot igényel; a meglévő „továbbfejlesztett” verziók alacsonyabb küszöbértékeket biztosítanak, de a protokoll bonyolultságának rovására. A terepi szűrésnél ezek akadályok.
• Miért pont az arany nanorészecskék? Az arany nanorészecskék a bioszenzorok igáslovai: kifejezett plazmonikus válasszal rendelkeznek (az abszorpció/szórás megváltozik aggregáció vagy a környezet változása esetén), kényelmes felületi kémiával rendelkeznek a fehérje/aptamer konjugációhoz, és jó stabilitással rendelkeznek. Ez lehetővé teszi olyan tesztek kidolgozását, ahol az „elemzett molekula ↔ nanorészecske” kapcsolat komplex optika nélkül optikai/elektronikus jellé alakul.
• Elektro-/opto-elektronikus kiolvasás, mint előrelépés. A PoC kulcsa a detektálás egyszerűsítése: nagy spektrofotométerek helyett LED + egyszerű fotoszenzor/elektronika használata, és a funkcionalizált nanorészecskék átlátszóságának/szórásának vagy „ülepedésének” változásának leolvasása a céltárgyhoz való kötődéskor. Az ilyen rendszerek nagy dinamikus tartományt és gyors válaszidőt biztosítanak, miközben alacsony detektálási határokat tartanak fenn. Itt illik a képbe a NasRED.
• Miért fontos, hogy mind az antigéneket, mind az antitesteket láthassuk? Különböző stádiumú fertőzések esetén egyes célpontok informatívabbak, mint mások: az antigén a korai aktív fertőzéshez, az antitestek a múltbeli/jelenlegi fertőzés tényéhez szerokonverzióval vagy az immunválasz értékelésével. Azok a platformok, amelyek modulárisan „rekvalifikálódnak” antigénekről antitestekké (és vissza), gyorsabban skálázódnak fel az új kórokozók/feladatok esetén.
• Ennek a konkrét cikknek a kontextusa. Egy, a SARS-CoV-2 vírussal végzett demonstrációban a NasRED kimutatta, hogy mikrotérfogatból (kb. 6 µl) ~15 perc alatt képes szubfemtomoláris szintű antigéneket/antitesteket kimutatni, és pontosan megkülönbözteti a COVID-19-et más fertőzésektől; a platform állítólag alkalmazkodik a toxinokhoz, tumormarkerekhez stb. Ez csökkenti a „csík” és a laboratórium közötti érzékenységi és sebességbeli különbséget. Ennek eredményeként lehetőség nyílik a korai felismerésre alacsony prevalencia és alacsony erőforrás-igényű környezetek mellett.
• De a túlérzékenység kockázatokkal is jár. Minél alacsonyabb a küszöbérték, annál nagyobbak a tisztasági, a keresztreakció-szabályozási és a téves pozitív eredmények kezelési követelményei. Ezért a platformon minden új „célpont” külön klinikai validálást és stressztesztelést igényel a mátrixhatások (vér, nyál, orrgarat) és a fogyóeszközök stabilitásának ellenőrzésére a valós ellátási láncokban.
• Miért logikus irány ez a tesztek fejlődése szempontjából? A terület már megtanulta a pikomoláris gátak „áttörését” (digitális ELISA, továbbfejlesztett LF formátumok), de gyakrabban drága berendezések/komplex protokollok árán. Az egyszerű elektronikus leolvasással rendelkező AuNP platformok az ultraérzékenységet az olcsó hardverrel próbálják ötvözni – pontosan ezt követelik meg az ASSURED/REASSURED kritériumok.

Ez hogy működik

• Az arany nanorészecskéket felismerő molekulákkal vonják be. Vírusfehérje keresésére antitesteket, a beteg antitestjeinek befogására pedig vírusantigéneket használnak.
• Ezeket a részecskéket egy apró mintához (egy csepp vérhez/nyálhoz/orrfolyadékhoz) adják. Ha a minta tartalmaz céltárgyat, a nanorészecskék nagy része összetapad és leülepszik a cső aljára. Ha nincs céltárgy, a szuszpenzió zavaros marad.
• A készülék egy LED-sugarat bocsát át a folyadék tetején, és egy elektronikus érzékelő méri, hogy mennyi fény halad át: több fény = részecskék „estek”, ami azt jelenti, hogy van célpont. Mindez nehézkes optika és bonyolult minta-előkészítés nélkül.

Pontosan mit mutattak be az új műben

• COVID-19: A NasRED megbízhatóan kimutatta a SARS-CoV-2 antigéneket és antitesteket olyan szinteken, ahol a standard módszerek kudarcot vallottak, és megkülönböztette a COVID-19-et más fertőzésektől. A teljes koronavírus-részecskékkel végzett nedves tesztekben az érzékenység összehasonlítható volt az Abbott ID NOW (egy népszerű molekuláris teszt) érzékenységével, de a sebesség/egyszerűség tekintetében előnnyel bírt.
• Észlelési küszöb: A csapat az érzékenységet az attomoláris tartományba emelte (példa a sajtóközleményből: "egy csepp tinta 20 olimpiai úszómedencében"). A cikk címe a szubfemtomoláris szintet hangsúlyozza.
• Modularitás: ugyanazok az „üres” nanoplatformok gyorsan átprogramozhatók más célpontokra, az E. colitól (Shiga toxin) kezdve a tumormarkereken át az Alzheimer-kór fehérjéiig; ennek a technológiának egy prototípusa korábban már kis mennyiségű vérből is kimutatta az ebolát.

Miért fontos ez?

• Laboratóriumi szintű tesztelés – laboratórium nélkül. Sürgető egészségügyi igény a gyors, pontos és alacsony költségű ellátáshelyi (PoC) tesztelés. A NasRED áthidalja a szakadékot a gyors tesztcsíkok és a „nehéz” laboratóriumi vizsgálatok között: ~2 dollár tesztenként, ~15 perc, minimális felszerelés és képzés. Ez kritikus fontosságú a terepi körülmények és az alacsony erőforrásokkal rendelkező régiók számára.
• Korai felismerés alacsony prevalenciával. Amikor az esetek száma kevés (korai járványkitörések, HIV/HCV kockázati csoportok, borreliózis), nem kifizetődő laboratóriumi láncokat indítani, és a betegeket egyszerűen nem tesztelik. Az ultraérzékeny PoC teszt lehetővé teszi, hogy tűt keressünk a szénakazalban – és ezt azonnal tegyük meg.

Mennyivel "jobb ez a standardnál"?

A szerzők összehasonlításokat tesznek: ≈3000× érzékenyebb, mint az ELISA, 16× kisebb mintatérfogat, 30× gyorsabb válaszidő; abszolút koncentrációkban több száz molekula szubmikroliterben, „majdnem 100 000-szer érzékenyebb, mint a standard laboratóriumi tesztek” (intézeti közleményből származó becslés). Ezek a számok a vizsgálati körülmények között mért referenciaértékekre vonatkoznak, és külső validálást igényelnek.

Ami már világos a "fájdalompontokról"

• A minta-előkészítéshez egyelőre asztali mini centrifugákra/keverőkre van szükség; a csapat a miniatürizáláson és az automatizáláson dolgozik, azzal a céllal, hogy teljesen zsebméretű formátumot és potenciálisan otthoni tesztet is lehessen végezni.
• A kijelentett univerzalitás (különböző betegségekre vonatkozó modulok) papíron kiváló, de a klinikum számára minden egyes analitikai célponthoz (HIV, HCV, borreliosis stb.) külön klinikai vizsgálatokra van szükség a keresztreakciók, a reagensek stabilitásának és az ellátási lánc minőségének tesztelésével.

Hová fajulhat ez?

A NasRED a belátható jövőben egy platformnak tűnik: egy eszköz + cserélhető érzékelő „tartozékok” a kívánt markerhez. Ha a modularitás megerősítést nyer, ez a megközelítés felgyorsíthatja a tesztek telepítését az új járványok esetén, és kiterjesztheti a PoC diagnosztikát a klinikákon, sürgősségi osztályokon, mobil pontokon és akár a nehezen elérhető csoportok mobil csapataiban is.

Forrás: Choi Y. et al. SARS-CoV-2 antitestek és antigének nanorészecskékkel támogatott, gyors és elektronikus kimutatása szubfemtomoláris szinten. ACS Nano, közzétéve: 2025. augusztus 11. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083