In een recent gepubliceerd onderzoek in het tijdschrift Klein, de auteurs geven een overzicht van zowel micro- als nanoschaaltechnologieën die de diagnose van virale ziekten hebben bevorderd.
Studie:technologieën op micro- en nanoschaal voor de diagnose van virale infecties. Afbeelding tegoed:nito / Shutterstock.com
De diagnose van virale infecties is grotendeels afhankelijk van het vermogen om virale moleculen zoals oligonucleotiden of glycoproteïnen in een biologisch monster te meten. Enkele van de conventionele methoden die hiervoor worden gebruikt, zijn onder meer de polymerasekettingreactie (PCR), vaste-fase-immunoassays (SPI's), cel cultuur, en immunofluorescentie.
Hoewel deze methoden betrouwbaar en snel zijn, ze gaan vaak gepaard met verschillende beperkingen, waaronder relatief hoge kosten, de complexiteit van de methoden, de behoefte aan opgeleid personeel om deze experimenten uit te voeren, en een gebrek aan hoge precisie. Deze benaderingen zijn ook niet in staat om ongeveer een derde van de respiratoire virale infecties op te sporen, virale gastro-enteritis, en virale encefalitis.
Duidelijk, er blijft behoefte aan goedkope diagnostische technologieën die praktisch, draagbaar, betrouwbaar, nauwkeurig, en zorgen voor point-of-care (POC) toepassingen. De opkomst van technologieën op micro- en nanoschaal heeft een mogelijke oplossing geboden voor de uitdagingen die gepaard gaan met de conventionele methoden die worden gebruikt voor virale diagnose.
Enkele van de belangrijkste voordelen van technologieën op micro- en nanoschaal zijn miniaturisatie, automatisering, praktisch, en gebruiksvriendelijk karakter. Deze technologieën maken vaak gebruik van goedkope microfluïdische kanalen met een hoge oppervlakte-tot-volumeverhouding en minimale volumevereisten, waardoor het verbruik van monsters en dure reagentia wordt verminderd. Technologieën op micro- en nanoschaal zijn kosteneffectieve oplossingen die in staat zijn de enorme diversiteit aan zoogdiervirussen te detecteren waarvan bekend is dat ze mensen infecteren.
Daten, technologieën op micro- en nanoschaal zijn gebruikt om alle aspecten van de diagnostische processen van virale ziekten te verbeteren. Dit omvat het nemen van monsters, monsterverwerking, herkenning, verrijking, detectie methoden.
Verschillende soorten monsters die uit het menselijk lichaam zijn verkregen, kunnen worden gebruikt om virale moleculen te detecteren voor diagnosedoeleinden. Voor de meeste laboratoriumtests, deze monsters bevatten speeksel, sperma, urine, sputum, en ontlasting. Echter, monsters kunnen ook worden afgenomen wanneer de patiënt een chirurgische ingreep ondergaat en/of onder narcose is, waaronder cerebrospinale, vruchtwater, koord, of gewrichtsvloeistof.
Op micronaaldjes (MN) gebaseerde wattenstaafjes worden al tientallen jaren gebruikt voor bemonsteringsdoeleinden. Enkele voordelen van MN-pleisters zijn onder meer een groot oppervlak en het vermogen om diep in de huid door te dringen, waardoor virussen efficiënt kunnen worden opgevangen. In feite, wanneer gebruikt voor vroege etiologische diagnose van COVID-19, hoge ‘vals-negatieve resultaten’-percentages zijn vermeden.
Er zijn ook verschillende soorten apparaten voor het bemonsteren van uitgeademde lucht voor virale detectie ontwikkeld op basis van technologieën op micro- en nanoschaal. In vergelijking met eerdere uitademingsapparaten die zeer oncomfortabel zijn, deze nieuwe apparaten zijn comfortabeler en kunnen daarom worden gebruikt voor de vroege detectie van respiratoire virale infecties.
Onder de verschillende micro- en nanoschaaltechnologieën die zijn gebruikt om virale detectiemethoden te bevorderen, behoren microfluïdische technologieën. Microfluïdische monsterverwerking kan virale pathogenen snel detecteren in een dynamische omgeving.
Lab-on-chip-technologieën die zijn uitgerust met microfluïdische systemen hebben veelbelovende resultaten opgeleverd voor hun bruikbaarheid bij de diagnose van virussen. Elk kanaal op het microfluïdische systeem heeft een specifieke functie zoals monstervoorbereiding, reagens mengen, of detectie, waardoor de integratie van conventionele detectiemethoden in een geminiaturiseerde chip mogelijk wordt.
Enkele voordelen van dit type diagnostisch apparaat zijn onder meer minimale monstervolumevereisten en veelzijdigheid voor zowel klinische als persoonlijke doeleinden. Verder, deze microfluïdische apparaten zijn ook in staat om ongewenste moleculen van het betreffende doelwit te scheiden, waardoor virussen gemakkelijk in het bloed kunnen worden opgespoord, speeksel, nasofaryngeale uitstrijkjes, of urinemonsters.
Aangezien veel monsters lage concentraties van belangrijke biomarkers zullen bevatten die worden gebruikt om de diagnose van een virus te ondersteunen, nauwkeurige en betrouwbare herkennings- en verrijkingstechnieken zijn essentieel. Omdat virussen extreem kleine organismen zijn die tussen de 20 en 90 nanometer (nm) groot kunnen zijn, het is cruciaal dat herkennings- en verrijkingsmethoden kunnen isoleren, visualiseren, en het onderscheiden van deze kleine micro-organismen van andere moleculen in het monster.
Hiertoe, verschillende nanodeeltjes, waaronder kwantumdots, evenals op koolstof gebaseerde en metalen nanodeeltjes, zijn gebruikt voor verschillende virale toepassingen. Vooral, gefunctionaliseerde nanodeeltjes die zijn geconjugeerd met biomoleculen zoals nucleïnezuren, antilichamen, of eiwitten hebben de specificiteit van amplificatietechnieken verhoogd door virussen te detecteren, zelfs indien aanwezig in zeer lage concentraties.
Er zijn verschillende detectietechnieken ontwikkeld op basis van micro- en nanoschaaltechnologieën om de gevoeligheid, kosten efficiëntie, en gebruiksgemak in vergelijking met conventionele detectiemethoden.
Op nanodeeltjes gebaseerde technieken, bijvoorbeeld, maken vaak gebruik van metalen en niet-metalen nanodeeltjes vanwege hun bruikbaarheid bij het opsporen van infectieziekten. Enkele van de meest voorkomende metalen nanodeeltjes die voor dit doel zijn gebruikt, zijn onder meer goud, zilver, ijzeroxide, zinkoxide, en titaniumdioxide nanodeeltjes.
Er zijn ook verschillende op microchips gebaseerde technieken gebruikt voor de detectie van virussen. optische sensoren, elektronische sensoren, elektromagnetisch, piëzo-elektrische biosensoren, en deoxyribonucleïnezuur (DNA) microarray-biosensoren zijn enkele van de verschillende technologieën die zijn gekoppeld aan on-a-chip-platforms om de diagnostische methoden te miniaturiseren.
Enkele van de verschillende methoden die zijn gebruikt om gebruiksvriendelijke en goedkope microfluïdische apparaten te produceren, zijn onder meer microbewerking, computer numeriek controle malen, zachte lithografie, en koolstofdioxide (CO 2 ) Laser snijden.
Er zijn ook tweedimensionale (2D) en driedimensionale (3D) afdrukmethoden gebruikt om de productie van verschillende virale diagnostische apparaten te versnellen. belangrijk, 3D-printen kan worden gecombineerd met andere conventionele productiemethoden, zoals machinale bewerking, frezen, en lithografie, in een poging om complexe apparaten te fabriceren.
Aanvullende fabricagemethoden die werden besproken vanwege hun bruikbaarheid bij het produceren van systemen op micro- en nanoschaal voor virale diagnostische doeleinden, zijn onder meer zeefdrukken, xurografie, en lab-on-printed circuit board (PCB).
Algemeen, zowel micro- als nanotechnologieën spelen een steeds grotere rol in virale diagnostische processen. De klinische validatie en optimalisatie van deze technologieën is nog steeds nodig om hun integratie in zowel onderzoek als klinische toepassingen te bevorderen.
Rood vlees verwisselen voor plantaardige vleesalternatieven verlaagt het cardiovasculaire risico
Glycyrrhizinezuur als kandidaat-geneesmiddel voor COVID-19
Nieuwe interacties tussen gastheer en viraal microbioom tijdens COVID-19 kunnen de uitkomst bepalen
Als u ouder bent dan 50,
Spijsverteringsverschijnselen komen vaak voor maar zijn mild bij gehospitaliseerde COVID-19-patiënten
Lekkende darm en microbiële dysbiose kunnen bijdragen aan cytokinestorm in ernstig zieke COVID-19-gevallen
Samenstelling en structuur van het nasofaryngeale microbioom houden verband met de ernst van de ziekte van COVID-19
Virale infecties gaan gepaard met veranderingen in het microbioom van de bovenste luchtwegen/nasofaryngeale (NP). In aanvulling, veel studies veronderstellen de mogelijkheden van superinfecties als ge
Gedomesticeerde honden zullen waarschijnlijk SARS-CoV-2 niet overbrengen,
zeggen onderzoekers Onderzoekers in Spanje en Duitsland hebben een onderzoek uitgevoerd waaruit blijkt dat het onwaarschijnlijk is dat gedomesticeerde honden bijdragen aan de overdracht en verspreidin
Lekkende darm en ruimtevlucht - het mechanisme onthuld
Een nieuwe studie naar de effecten van gesimuleerde microzwaartekracht, de toestand waarmee astronauten in de ruimte worden geconfronteerd, interfereert met de epitheliale barrière van de darm, en het