I en studie som nylig ble publisert i tidsskriftet Liten, forfatterne gir en gjennomgang av både mikro- og nanoskala-teknologier som avanserte diagnosen virussykdommer.
Studie:Mikro- og nanoskala -teknologi for diagnostisering av virusinfeksjoner. Bildekreditt:nito / Shutterstock.com
Diagnosen av virusinfeksjoner er i stor grad avhengig av evnen til å måle virusmolekyler som oligonukleotider eller glykoproteiner i en biologisk prøve. Noen av de konvensjonelle metodene som brukes for å gjøre dette inkluderer polymerasekjedereaksjon (PCR), fastfase-immunoassays (SPI), cellekultur, og immunfluorescens.
Selv om disse metodene er pålitelige og raske, de er ofte forbundet med flere begrensninger, inkludert relativt høye kostnader, kompleksiteten til metodene, behovet for opplært personell for å utføre disse eksperimentene, og mangel på høy presisjon. Disse tilnærmingene er heller ikke i stand til å oppdage omtrent en tredjedel av luftveisinfeksjoner, viral gastroenteritt, og viral encefalitt.
Helt klart, det er fortsatt behov for rimelige diagnostiske teknologier som er praktiske, bærbar, pålitelig, korrekt, og tillate POC-applikasjoner (point-of-care). Fremveksten av mikro- og nanoskala-teknologier har tilbudt en potensiell løsning på utfordringene knyttet til de konvensjonelle metodene som brukes for viral diagnose.
Noen av de viktigste fordelene forbundet med mikro- og nanoskala-teknologier inkluderer miniatyrisering, automasjon, praktisk, og brukervennlig natur. Disse teknologiene bruker ofte rimelige mikrofluidiske kanaler med et høyt overflate-til-volum-forhold og minimale volumkrav, og reduserer dermed forbruket av prøver og dyre reagenser. Mikro- og nanoskala-teknologier er kostnadseffektive løsninger som er i stand til å oppdage det enorme mangfoldet av pattedyrvirus som er kjent for å infisere mennesker.
Til dags dato, mikro- og nanoskala-teknologier har blitt brukt for å forbedre alle aspekter ved virussykdomsdiagnostiske prosesser. Dette inkluderer prøvetaking, prøvebehandling, Anerkjennelse, berikelse, deteksjonsmetoder.
Ulike typer prøver hentet fra menneskekroppen kan brukes til å detektere virale molekyler for diagnostiske formål. For de fleste laboratorietester, disse prøvene inkluderer spytt, sæd, urin, sputum, og avføring. Derimot, prøver kan også samles når pasienten gjennomgår en kirurgisk inngrep og/eller er under narkose, som inkluderer cerebrospinal, fostervann, ledning, eller ledvæske.
Microneedle (MN) lappebaserte vattpinner har blitt brukt i flere tiår for prøvetaking. Noen fordeler forbundet med MN -lapper inkluderer høyt overflateareal og evnen til å trenge dypt inn i huden, dermed muliggjør effektiv fangst av virus. Faktisk, når den brukes til tidlig etiologisk diagnose av COVID-19, høye "falskt negative resultat" -hastigheter er unngått.
Flere forskjellige typer prøvetakingsutstyr for utånding for virusdeteksjon er også utviklet basert på mikro- og nanoskala-teknologier. Sammenlignet med tidligere pusteapparater som er svært ubehagelige, disse nye enhetene er mer komfortable og kan derfor brukes til tidlig påvisning av luftveisinfeksjoner.
Blant de forskjellige mikro- og nanoskala-teknologiene som har blitt brukt for å fremme virale deteksjonsmetoder, er mikrofluid teknologi. Mikrofluidisk prøvebehandling kan raskt oppdage virale patogener i et dynamisk miljø.
Lab-on-chip-teknologier som er utstyrt med mikrofluidiske systemer har gitt lovende resultater for deres bruk ved diagnostisering av virus. Hver kanal på mikrofluidsystemet har en spesifikk funksjon, for eksempel prøveforberedelse, reagensblanding, eller deteksjon, dermed muliggjør integrering av konvensjonelle deteksjonsmetoder i en miniatyrisert brikke.
Noen fordeler forbundet med denne typen diagnostiske enheter inkluderer minimale prøvevolumkrav og allsidighet for både kliniske og personlige formål. Dessuten, disse mikrofluidiske enhetene er også i stand til å skille uønskede molekyler fra målet av interesse, slik at virus lett kan oppdages i blod, spytt, nasopharyngeal vattpinner, eller urinprøver.
Siden mange prøver vil ha lave konsentrasjoner av viktige biomarkører som brukes til å støtte diagnosen et virus, nøyaktig og pålitelig anerkjennelse og berikningsteknikk er avgjørende. Siden virus er ekstremt små organismer som kan være mellom 20 og 90 nanometer (nm) i størrelse, det er avgjørende for at anerkjennelses- og berikelsesmetoder er i stand til å isolere, visualisere, og differensiering av disse små mikroorganismer fra andre molekyler i prøven.
For dette formål, flere forskjellige nanopartikler inkludert kvantepunkter, samt karbonbaserte og metalliske nanopartikler, har blitt brukt til forskjellige virale applikasjoner. Spesielt, funksjonaliserte nanopartikler som er konjugert med biomolekyler som nukleinsyrer, antistoffer, eller proteiner har økt spesifisiteten til amplifikasjonsteknikker ved å registrere virus, selv når den er tilstede ved svært lave konsentrasjoner.
Flere deteksjonsteknikker basert på mikro- og nanoskala-teknologier er utviklet for å forbedre følsomheten, kostnadseffektivitet, og brukervennlighet sammenlignet med konvensjonelle deteksjonsmetoder.
Nanopartikkelbaserte teknikker, for eksempel, bruker ofte metalliske og ikke-metalliske nanopartikler som et resultat av deres nytteverdi ved påvisning av smittsomme sykdommer. Noen av de vanligste metalliske nanopartiklene som har blitt brukt til dette formålet inkluderer gull, sølv, jernoksid, sinkoksid, og titandioksid -nanopartikler.
Flere mikrobrikke-baserte teknikker har også blitt brukt for påvisning av virus. Optiske sensorer, elektroniske sensorer, elektromagnetisk, piezoelektriske biosensorer, og deoxyribonucleic acid (DNA) microarray biosensorer er noen av de forskjellige teknologiene som er blitt kombinert med on-a-chip-plattformer for å miniatyrisere diagnostiske metoder.
Noen av de forskjellige metodene som har blitt brukt for å produsere brukervennlige og rimelige mikrofluidiske enheter inkluderer mikromaskinering, datamaskin numerisk kontrollfresing, myk litografi, og karbondioksid (CO 2 ) laserskjæring.
To-dimensjonale (2D) og tredimensjonale (3D) utskriftsmetoder har også blitt brukt for å fremskynde produksjonen av forskjellige virale diagnostiske enheter. Viktigere, 3D -utskrift kan kombineres med andre konvensjonelle produksjonsmetoder, slik som maskinering, fresing, og litografi, i et forsøk på å lage komplekse enheter.
Ytterligere fabrikasjonsmetoder som ble diskutert for deres nytte ved produksjon av mikro- og nanoskala-systemer for viraldiagnostiske formål, inkluderer silketrykk, xurografi, og kretskort (PCB).
Alt i alt, både mikro- og nanoteknologier har stadig større roller i virale diagnostiske prosesser. Den kliniske valideringen og optimaliseringen av disse teknologiene er fortsatt nødvendig for å fremme inkorporering i både forskning til kliniske applikasjoner.
Melkesyrebakterier og tarmbakterier bidrar til helsemessige fordeler av rug,
Kvinner født med keisersnitt har større risiko for fedme og diabetes
Forskere manipulerer bakteriearter i tarmen ved å bruke diett
Tarmimmunceller kan være ansvarlige for metabolismeendringer, finner studier
Forskning viser at tarmparasittangrep reduserer alvorlighetsgraden av COVID-19
Tarmhevende mat kan sette en stopper for underernæring i barndommen over hele verden
Kaffe bidrar til å utvikle sunne tarmmikrober og hjelper avføring
Det har vært anekdotiske bevis på at kaffedrikkere sverger til morgenkoppen for normale morgenavføring. En ny studie fra forskere i Texas har vist at kaffe faktisk hjelper på tarmbevegelser og også fo
Nytt verktøy for å tyde tarmmikrobiomet
De millioner av bakterier som bor i tarmen spiller en svært viktig rolle for helse og sykdom. Derimot, et konstant problem har vært mangel på forståelse av den faktiske sammensetningen av det sunne ta
En multi-omics tilnærming til utvikling av medisiner mot COVID-19
En ny studie publisert på forhåndstrykkserveren medRxiv* i mai 2020 rapporterer en multi-omics-tilnærming som kan gjøre det lettere å utvikle medisiner som er effektive mot COVID-19. Multi-omics er