U studiji nedavno objavljenoj u časopisu Mali, autori daju pregled i mikro i nanorazmjernih tehnologija koje su unaprijedile dijagnozu virusnih bolesti.
Studija:Mikro i nanorazmjerne tehnologije za dijagnosticiranje virusnih infekcija. Kredit za sliku:nito / Shutterstock.com
Dijagnoza virusnih infekcija uvelike ovisi o sposobnosti mjerenja virusnih molekula poput oligonukleotida ili glikoproteina u biološkom uzorku. Neke od konvencionalnih metoda koje se za to koriste uključuju lančanu reakciju polimeraze (PCR), imunološki testovi na čvrstu fazu (SPI), kultura stanica, i imunofluorescencija.
Iako su ove metode pouzdane i brze, često su povezani s nekoliko ograničenja, uključujući relativno visoke troškove, složenost metoda, potreba za obučenim osobljem za izvođenje ovih pokusa, i nedostatak visoke preciznosti. Ovi pristupi također ne mogu otkriti oko trećine respiratornih virusnih infekcija, virusni gastroenteritis, i virusni encefalitis.
Jasno, ostaje potreba za jeftinim dijagnostičkim tehnologijama, koje su praktične, prijenosni, pouzdan, točno, i dopustiti aplikacije za brigu o osobama (POC). Pojava mikro i nanorazmjernih tehnologija ponudila je potencijalno rješenje za izazove povezane s konvencionalnim metodama koje se koriste za dijagnosticiranje virusa.
Neke od ključnih prednosti povezanih s tehnologijama mikro i nanomjera uključuju minijaturizaciju, automatizacija, praktičnost, i user-friendly prirode. Ove tehnologije često koriste jeftine mikrofluidne kanale s visokim omjerom površine i volumena i minimalnim zahtjevima volumena, čime se smanjuje potrošnja uzoraka i skupih reagensa. Mikro i nanorazmjerne tehnologije isplativa su rješenja koja mogu otkriti ogromnu raznolikost virusa sisavaca za koje je poznato da inficiraju ljude.
Do danas, mikro i nanorazmjerne tehnologije korištene su za poboljšanje svih aspekata dijagnostičkih procesa virusnih bolesti. To uključuje uzorkovanje, obrada uzoraka, priznanje, obogaćivanje, metode otkrivanja.
Za dijagnosticiranje virusnih molekula mogu se koristiti različite vrste uzoraka dobivenih iz ljudskog tijela. Za većinu laboratorijskih ispitivanja, ti uzorci uključuju pljuvačku, sjeme, urin, sputum, i izmet. Međutim, uzorci se također mogu prikupiti kada se pacijent podvrgne kirurškom zahvatu i/ili je pod anestezijom, što uključuje cerebrospinalnu, amnionska, kabel, ili sinovijalna tekućina.
Obrisci na bazi flastera na mikroiglicama (MN) koriste se već nekoliko desetljeća za potrebe uzorkovanja. Neke prednosti povezane s MN flasterima uključuju veliku površinu i sposobnost dubokog prodiranja u kožu, čime se omogućuje učinkovito hvatanje virusa. Zapravo, kada se koristi za ranu etiološku dijagnozu COVID-19, izbjegnute su visoke stope "lažno negativnih rezultata".
Nekoliko različitih vrsta uređaja za uzorkovanje izdahnutog zraka za detekciju virusa također je razvijeno na temelju mikro i nanorazmjernih tehnologija. U usporedbi s prethodnim uređajima za izdah koji su vrlo neugodni, ti su novi uređaji udobniji i stoga se mogu koristiti za rano otkrivanje respiratornih virusnih infekcija.
Među različitim mikro i nanorazmjernim tehnologijama koje su korištene za unaprjeđenje metoda otkrivanja virusa spadaju mikrofluidne tehnologije. Obrada mikrofluidnih uzoraka može brzo otkriti virusne patogene u dinamičkom okruženju.
Laboratorijske tehnologije na čipu opremljene mikrofluidnim sustavima dale su obećavajuće rezultate za njihovu primjenu u dijagnostici virusa. Svaki kanal u mikrofluidnom sustavu ima određenu funkciju, poput pripreme uzorka, miješanje reagensa, ili otkrivanje, čime se omogućuje integracija konvencionalnih metoda otkrivanja u minijaturizirani čip.
Neke prednosti povezane s ovom vrstom dijagnostičkog uređaja uključuju minimalne zahtjeve za količinom uzorka i svestranost za kliničke i osobne svrhe. Nadalje, ti mikrofluidni uređaji također mogu odvojiti sve neželjene molekule od mete od interesa, čime se omogućuje lako otkrivanje virusa u krvi, slina, brisevi iz nazofarinksa, ili uzorci urina.
Budući da će mnogi uzorci imati niske koncentracije važnih biomarkera koji se koriste za potporu dijagnozi virusa, točne i pouzdane tehnike prepoznavanja i obogaćivanja bitne su. Budući da su virusi iznimno mali organizmi koji mogu biti veličine između 20 i 90 nanometara (nm), od ključne je važnosti da se metode prepoznavanja i obogaćivanja mogu izolirati, vizualizacija, i razlikovanje ovih malih mikroorganizama od drugih molekula unutar uzorka.
Do kraja, nekoliko različitih nanočestica, uključujući kvantne točke, kao i metalne nanočestice na bazi ugljika, korišteni su za razne virusne primjene. Posebno, funkcionalizirane nanočestice koje su konjugirane s biomolekulima poput nukleinskih kiselina, antitijela, ili su proteini povećali specifičnost tehnika amplifikacije otkrivanjem virusa, čak i kad je prisutan u vrlo niskim koncentracijama.
Nekoliko tehnika otkrivanja koje se temelje na mikro i nanorazmjernim tehnologijama razvijeno je u nastojanju da se poboljša osjetljivost, isplativost, i jednostavnost uporabe u usporedbi s konvencionalnim metodama otkrivanja.
Tehnike temeljene na nanočesticama, na primjer, često koriste metalne i nemetalne nanočestice kao rezultat njihove korisnosti u otkrivanju zaraznih bolesti. Neke od najčešćih metalnih nanočestica koje su korištene u tu svrhu uključuju zlato, srebro, željezov oksid, cinkov oksid, i nanočestice titanijevog dioksida.
Za otkrivanje virusa također je korišteno nekoliko tehnika temeljenih na mikročipovima. Optički senzori, elektronički senzori, elektromagnetski, piezoelektrični biosenzori, i biosenzori mikroraspada deoksiribonukleinske kiseline (DNK) neke su od različitih tehnologija koje su povezane s platformama na čipu za minijaturiziranje dijagnostičkih metoda.
Neke od različitih metoda koje su korištene za proizvodnju lakih za korištenje i jeftinih mikrofluidnih uređaja uključuju mikro mašinsku obradu, računalno numeričko upravljanje glodanjem, meka litografija, i ugljični dioksid (CO 2 ) lasersko rezanje.
Dvodimenzionalne (2D) i trodimenzionalne (3D) metode ispisa također su korištene za ubrzanje proizvodnje različitih virusnih dijagnostičkih uređaja. Važno je, 3D ispis može se kombinirati s drugim konvencionalnim proizvodnim metodama, kao što je strojna obrada, mljevenje, i litografija, u nastojanju da se izgrade složeni uređaji.
Dodatne metode izrade o kojima se raspravljalo zbog njihove korisnosti u proizvodnji mikro i nanomjernih sustava za virusne dijagnostičke svrhe uključuju sitotisak, xurografija, i tiskane ploče (PCB) s laboratorijskim ispisom.
Sveukupno, i mikro i nanotehnologije imaju sve veću ulogu u virusnim dijagnostičkim procesima. Klinička validacija i optimizacija ovih tehnologija još su potrebna kako bi se njihovo uključivanje u oba istraživanja dovelo do kliničke primjene.
Ultraljubičasto svjetlo B dobro je za crijevni mikrobiom
Crijevni mikrobiom povezan s problemima u ponašanju djece
Što je ERCP?
Znanstvenici izvlače potpuni ljudski genom iz tisućljetne "žvake"
Znanstveni simpozij u LABVOLUTION -u fokusira se na ključna pitanja znanosti o životu
Pacijenti s IBS -om mogli bi imati koristi od dodataka vitamina D,
Biološka terapija može smanjiti rizik od teškog COVID-19
Nedavna opservacijska studija španjolskih istraživača, trenutno dostupno na medRxiv* poslužitelj predispisa, sugerira da pacijenti s imunološki posredovanim bolestima koji primaju biološku terapiju
Infliximab može ometati učinkovitost nekih cjepiva protiv COVID-19
Budući da su mnoge zemlje teško pogođene ponovljenim valovima teške infekcije koronavirusom 2 (SARS-CoV-2) s akutnim respiratornim sindromom, s povezanim visokim stopama simptomatske koronavirusne bol
Prvi nalazi projekta Human Microbiome Project potaknuli su 'stotine naknadnih studija'
Projekt ljudskog mikrobioma (HMP) inicijativa je koju su razvili Nacionalni instituti za zdravlje radi karakteriziranja ljudskog mikrobioma i kod zdravih odraslih osoba i kod onih sa specifičnim stanj