Acil dang humması tanı ihtiyaçlarını ele alarak, burada klinik serum/kan örneklerinde Dang NS1 antijen konsantrasyonunu ölçmek için akıllı telefon uygulamasına entegre bir Dang NS1 Kağıt Tabanlı Analitik Cihazı (DEN-NS1-PAD) tanıtıyoruz. Bu yenilik, kaynakları sınırlı olanlar da dahil olmak üzere çeşitli sağlık hizmeti ortamlarında klinik karar vermeye yardımcı olarak dang humması yönetimini geliştirir.
Aedes sivrisinekleri tarafından bulaşan dang virüsü (DENV) enfeksiyonu, tropikal ve subtropikal ülkelerde önemli bir halk sağlığı sorunudur. Özellikle çocuklar arasında yıllık yaklaşık 10 milyon vaka ve 20.000-25.000 ölüm insidansı ile pratik tanı araçlarına acil ihtiyaç vardır. Erken enfeksiyon sırasında dang yapısal olmayan protein 1’in (NS1) varlığı, sitokin salınımı, vasküler sızıntı ve endotel disfonksiyonu ile ilişkilendirilmiştir ve bu da onu şiddetli dang humması için potansiyel bir belirteç haline getirir.
Yanal akış testleri (LFA’lar) ve mikroakışkan kağıt tabanlı analitik cihazlar (PAD’ler) gibi kağıt tabanlı immünolojik testler, basitlikleri, hızlılıkları, ucuzlukları, özgüllükleri ve yorumlama kolaylıkları nedeniyle tanı testleri olarak popülerlik kazanmıştır. Bununla birlikte, dang NS1 tespiti için geleneksel kağıt bazlı immünolojik testler tipik olarak görsel incelemeye dayanır ve yalnızca kalitatif sonuçlar verir. Bu sınırlamayı ele almak ve hassasiyeti artırmak için, bir akıllı telefon uygulamasını kolorimetrik ve kantitatif okuyucu olarak entegre eden Kağıt Tabanlı Analitik Cihaz (PAD), yani DEN-NS1-PAD üzerinde oldukça taşınabilir bir NS1 dang humması tespit testi önerdik. Geliştirme sistemi, klinik örneklerde NS1 konsantrasyonlarının doğrudan ölçülmesini sağlar.
Hastalardan elde edilen serum ve kan örnekleri, sistemin prototip performansını göstermek için kullanıldı. Sonuçlar hemen elde edildi ve hem iyi donanımlı sağlık tesislerinde hem de kaynakların sınırlı olduğu ortamlarda klinik değerlendirme için kullanılabilir. Kağıt bazlı bir immünolojik testin bir akıllı telefon uygulaması ile bu yenilikçi kombinasyonu, dang NS1 antijeninin gelişmiş tespiti ve miktar tayini için umut verici bir yaklaşım sunar. Hassasiyeti çıplak gözün yeteneklerinin ötesinde artıran bu sistem, özellikle uzak veya yetersiz hizmet alan bölgelerde, dang humması yönetiminde klinik karar vermeyi iyileştirmek için büyük bir potansiyele sahiptir.
Dang virüsü (DENV) enfeksiyonu en hızlı yayılan sivrisinek kaynaklı hastalıktır1 ve dünyada 390 milyondan fazla insan 96 milyon semptomatik enfeksiyon, 2 milyon ciddi hastalık vakası ve yılda 25.000’den fazla ölüm ile enfekte olmaktadır 1,2. Dünya Sağlık Örgütü’ne (WHO) göre, tahminen 3,9 milyar insan dang humması riski altındadır; ~%70’i Asya Pasifik ülkelerinde ve özellikle Güneydoğu Asya’da yaşıyor3. 2019’da DSÖ’ye bildirilen dang humması vakalarının sayısı 4,2 milyondu ve Tayland en az 136.000 dang humması vakasına ve dang humması enfeksiyonundan 144 ölüm vakasına katkıda bulundu4. Tayland’daki dang humması salgını, Nisan’dan Aralık’a kadar olan yağışlı mevsimde, özellikle kuzeydoğu bölgesinde hem kentsel hem de kırsal alanlarda meydana gelir.
DENV enfeksiyonları, subklinik semptomlar, hafif dang humması (DF) ve şiddetli dang hemorajik ateşi (DHF) arasında değişen farklı klinik bulgulara sahiptir. Şiddetli DHF durumunun temel özelliği, vasküler geçirgenliğin artması, ardından şok ve organ fonksiyon bozukluğudur1. Vasküler sızıntıya neden olabilecek moleküler yolu anlamak, etkili dang humması tedavilerinin geliştirilmesinde çok önemlidir. Dang yapısal olmayan protein 1 (NS1), erken virüs enfeksiyonu 5,6 sırasında salgılanan bir glikoproteindir ve viral RNA replikasyonu7 için bir kofaktör olarak işlev görür. NS1, sitokin salınımını tetikleyebilir ve toll benzeri reseptör 4 (TLR4) ve endotelyal glikokaliks 8,9’a bağlanarak vasküler sızıntıya katkıda bulunabilir. İn vitro araştırmalar, NS1’in endotel hücreleri ile etkileşime girdiğini ve apoptozu indüklediğini göstermiştir. Bu durum endotel disfonksiyonuna ve vasküler sızıntıya katkıda bulunabilir10. Serum İnterlökin (IL)-10 seviyeleri ile ilişkili NS1 antijen seviyeleri, ciddi klinik hastalığı olan hastalarda önemli ölçüde artmıştır11. Dang NS1 ayrıca IL-10’u indükleyerek ve DENV’ye özgü T hücresi yanıtlarını baskılayarak hastalık patogenezine katkıda bulunur12,13. Ek olarak, dang NS1 proteini ciddi klinik hastalık ile ilişkiliydi ve hastalığın ilk 3 gününde NS1 > 600 ng mL-1 konsantrasyonu DHF14 gelişimi ile ilişkilendirildi.
DHF’li hastalarda dang NS1 antijeninin kalıcılığı, şiddetli dang6’nın bir belirteci olarak kullanılabilir. Enzime bağlı immünosorbent testi (ELISA) ve hızlı test15 gibi klinik örneklerde NS1’i tespit etmek için çeşitli yöntemler vardır. Klinik ortamda NS1 proteinlerinin konsantrasyonunu ölçmek için altın standart ELISA yöntemidir. Bununla birlikte, ELISA yöntemi pahalıdır ve vasıflı personel ve laboratuvar olanakları gerektirir16. Bu nedenle, bakım noktası testinde (POCT) NS1 proteinlerini tespit etmek ve ölçmek için teknolojinin geliştirilmesi hala devam etmektedir. Son on yılda, yanal akış testleri (LFA’lar) ve mikroakışkan kağıt tabanlı analitik cihazlar (μPAD’ler) gibi kağıt tabanlı immünolojik testler, basitlikleri, hızlılıkları, ucuzlukları ve özgüllükleri nedeniyle tanı testleri olarak popüler hale gelmiştir 17,18,19. Kağıt bazlı bir immünolojik testte, altın nanopartiküller (AuNP’ler)20, manyetik nanopartiküller 21,22, kuantum noktaları23 ve floresan malzemeler24,25 gibi sinyaller üretmek için çeşitli etiketler kullanılmıştır. AuNP’ler, ucuz üretim maliyetleri, üretim kolaylığı, stabilite ve basit okumaları nedeniyle kağıt bazlı immünolojik testlerde kullanılan en yaygın etiketlerdir. Şu anda, dang NS1 için yanal akış deneyleri (LFA’lar) klinik ortamda ünlüolarak kullanılmaktadır 26,27. Bununla birlikte, geleneksel LFA etiket algılama yaygın olarak çıplak gözle kullanılır ve yalnızca kalitatif sonuçlar sağlar.
Son on yılda, dünya çapında 5 milyardan fazla akıllı telefon yaygın olarak kullanılmaktadır ve taşınabilir algılama geliştirme potansiyeli vardır28,29. Akıllı telefonlar, yerleşik fiziksel sensörler, çok çekirdekli işlemciler, dijital kameralar, USB bağlantı noktaları, ses bağlantı noktaları, kablosuz ve uygulama yazılımı gibi çok işlevli kapasitelere sahiptir ve bu da onları çeşitli biyosensör platformlarında kullanıma uygun hale getirir30. Ek olarak, kablosuz teknolojiler verilerin hızlı bir şekilde gönderilmesine olanak tanır ve gerçek zamanlı ve yerinde izleme için kullanılabilir31. Mudanyali ve ark. sıtma, tüberküloz ve HIV32 için taşınabilir, ekipmansız, hızlı, düşük maliyetli ve kullanıcı dostu bir POCT platformu geliştirmek için kağıt tabanlı immünolojik testi ve akıllı telefonları birleştirdi. Ling ve ark. sütte alkalin fosfataz aktivitesini kantitatif olarak tespit etmek için bir akıllı telefon kamerası ile birleştirilmiş bir yanal akış testi bildirdi33. Hou ve ark. ayrıca yanal akış tahlilinde renk veya floresandan gelen kantitatif sinyaller için akıllı telefon tabanlı, çift modaliteli bir görüntüleme sistemi geliştirdi34. Ek olarak, akıllı telefonu kolorimetrik ve kantitatif bir okuyucu olarak kullanmak, çıplak gözle hedef35’in varlığını güvenle bildiremezken hassasiyeti artırabilir.
Dang humması teşhisinde bir atılım sunan DEN-NS1-PAD 36,37,38 (bundan böyle cihaz olarak anılacaktır) taşınabilir ve verimli bir çözüm sunar. Balmumu baskılı mikroakışkan kağıt tabanlı teknolojiyi kullanan bu cihaz, görüntü işleme yoluyla NS1’i yüksek hassasiyet ve özgüllükle ölçer. Kullanışlılığını daha da artırmak için, kolorimetrik ve kantitatif okuma için kullanıcı dostu bir akıllı telefon uygulaması geliştirdik. Tayland hastanelerinden alınan hasta örneklerini kullanan klinik doğrulama, gerçek zamanlı hasta değerlendirmesi üzerindeki anında etkisinin altını çiziyor. İnovasyonumuz, modern, bakım noktası dang humması yönetiminde çok önemli bir ilerlemeye işaret ediyor ve kaynakların sınırlı olduğu sağlık hizmetleri ortamlarında teşhiste devrim yaratmayı vaat ediyor.
Akıllı telefon tabanlı bir okuyucu sistemi için önemli tasarım parametrelerinden biri, numunelerin tekrarlanabilir görüntüleme işlemesini sağlama yeteneğidir. Bu çalışmada, basitlik ve kolaylık sağlamak için, görüntüler üç farklı akıllı telefon markasından 12-13 MP kameralarla görüntüleme kutusu veya aksesuar kullanılmadan çekilmiştir. Kameranın çözünürlüğü, görüntü yakalama süresi, aydınlatma koşulları ve ortam gibi değişken görüntü yakalama koşulları, cihazdaki tes…
The authors have nothing to disclose.
MHP, Universitas Islam Indonesia’nın (UII) burs araştırma fonunu minnetle kabul eder. Yazarlar, mobil uygulamanın geliştirilmesi boyunca değerli uzmanlığı ve yardımı ve el yazmasına katkıları için Bay Nutchanon Ninyawee’ye şükranlarını sunarlar. Ayrıca yazarlar, Tayland Bilim Araştırma ve İnovasyon (TSRI), Temel Araştırma Fonu: 2023 Mali Yılı (proje no. FRB660073/0164) King Mongkut Teknoloji Üniversitesi Thonburi’nin Akıllı Sağlık Programı kapsamında.
Materials | |||
0.1 M phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.2) | |||
BBS containing 0.1% Tween 20, 10% sucrose, and 1% casein | the conjugate area treatment and blocking buffer | ||
Borate buffered saline (BBS) (25 mM sodium borate and 150 mM sodium chloride at pH 8.2) supplemented with 1% BSA | the washing buffer during the conjugation process AuNPs with the antibody | ||
Boric acid | Merck | 10043-35-3 | |
Bovine serum albumin fraction V (BSA) | PAA Lab GmbH (Germany) | K41-001 | |
Casein | Merck | 9005-46-3 | |
Chromatography paper Grade 2 | GE Healthcare | 3002-911 | |
Clear laminate film | 3M (Stationery shops) | ||
Disodium hydrogen phosphate | Merck | 7558-79-4 | |
Double tape side | Stationery shops | ||
Goat anti-mouse IgG antibody | MyBiosource (USA) | MBS435013 | |
Gold nanoparticles (40 nm) | Serve Science Co., Ltd. (Thailand) | ||
Human IgG polyclonal antibody | Merck | AG711-M | |
Mouse dengue NS1 monoclonal antibody | MyBiosource (USA) | MBS834415 | |
Mouse dengue NS1 monoclonal antibody | MyBiosource (USA) | MBS834236 | |
NS1 serotype 2 antigens | MyBiosource (USA) | MBS 568697 | |
PBS 1X containing 0.1% Tween 20 was used as t | elution buffer | ||
Plastic backing card 10×30 cm | Pacific Biotech Co., Ltd. (Thailand) | ||
Poly-L-lysine (PLL) | Sigma Aldrich | P4832 | |
Potassium Chloride | Merck | 104936 | |
Potassium monophosphate | Merck | 104877 | |
Sodium Chloride | Merck | 7647-14-5 | |
Sodium tetraborate | Sigma Aldrich | 1303-96-4 | |
Sucrose | Merck | 57-50-1 | |
Tween 20 | Sigma Aldrich | 9005-64-5 | |
Instruments | |||
CytationTM 5 multimode reader | BioTek | ||
Mobile phones | Huawei Y7, iPhone 11, Samsung a20 | ||
Photo scanner | Epson Perfection V30 | ||
Oven | Memmert | ||
Wax printer | Xerox ColorQube 8880-PS | ||
Software | |||
Could AutoML Vision Object Detection documentation | Google Cloud | ||
ImageJ | National Institute of Health, Bethesda, MD, USA | ||
Inkscape 0.91 Software |