لتلبية الاحتياجات التشخيصية العاجلة لحمى الضنك ، نقدم هنا جهازا تحليليا ورقيا مدمجا في تطبيق الهاتف الذكي Dengue NS1 (DEN-NS1-PAD) لقياس تركيز مستضد حمى الضنك NS1 في عينات المصل / الدم السريرية. يعزز هذا الابتكار إدارة حمى الضنك من خلال المساعدة في اتخاذ القرارات السريرية في مختلف أماكن الرعاية الصحية ، حتى تلك التي تعاني من محدودية الموارد.
تعد عدوى فيروس حمى الضنك (DENV) ، التي تنتقل عن طريق البعوض الزاعجة ، مصدر قلق كبير للصحة العامة في البلدان المدارية وشبه المدارية. مع حدوث ما يقرب من 10 ملايين حالة سنويا و 20,000-25,000 حالة وفاة ، خاصة بين الأطفال ، هناك حاجة ملحة لأدوات التشخيص العملية. تم ربط وجود بروتين حمى الضنك غير الهيكلي 1 (NS1) أثناء العدوى المبكرة بإطلاق السيتوكين وتسرب الأوعية الدموية والخلل البطاني ، مما يجعله علامة محتملة لحمى الضنك الشديدة.
اكتسبت المقايسات المناعية الورقية مثل فحوصات التدفق الجانبي (LFAs) والأجهزة التحليلية الورقية الدقيقة (PADs) شعبية كاختبارات تشخيصية نظرا لبساطتها وسرعتها وعدم تكلفتها وخصوصيتها وسهولة تفسيرها. ومع ذلك ، فإن المقايسات المناعية الورقية التقليدية للكشف عن حمى الضنك NS1 تعتمد عادة على الفحص البصري ، مما يؤدي إلى نتائج نوعية فقط. لمعالجة هذا القيد وتعزيز الحساسية ، اقترحنا مقايسة NS1 المحمولة للغاية للكشف عن حمى الضنك على جهاز تحليلي ورقي (PAD) ، وهو DEN-NS1-PAD ، الذي يدمج تطبيق الهاتف الذكي كقارئ لوني وكمي. يتيح نظام التطوير القياس الكمي المباشر لتركيزات NS1 في العينات السريرية.
تم استخدام عينات المصل والدم التي تم الحصول عليها من المرضى لإثبات أداء النموذج الأولي للنظام. تم الحصول على النتائج على الفور ويمكن استخدامها للتقييم السريري ، سواء في مرافق الرعاية الصحية المجهزة تجهيزا جيدا أو في الأماكن المحدودة الموارد. يوفر هذا المزيج المبتكر من المقايسة المناعية الورقية مع تطبيق الهاتف الذكي نهجا واعدا لتعزيز الكشف عن مستضد حمى الضنك NS1 وتحديده كميا. من خلال زيادة الحساسية بما يتجاوز قدرات العين المجردة ، يحمل هذا النظام إمكانات كبيرة لتحسين عملية صنع القرار السريري في إدارة حمى الضنك ، لا سيما في المناطق النائية أو المحرومة.
عدوى فيروس حمى الضنك (DENV) هي أسرع الأمراض التي ينقلها البعوضانتشارا 1 ، وأكثر من 390 مليون شخص مصابون ب 96 مليون إصابة مصحوبة بأعراض ، و 2 مليون حالة من الأمراض الوخيمة ، وأكثر من 25000 حالة وفاة سنويا تحدث فيالعالم 1.2. وفقا لمنظمة الصحة العالمية (WHO) ، فإن ما يقدر بنحو 3.9 مليار شخص معرضون لخطر حمى الضنك. ~ 70٪ يعيشون في دول آسيا والمحيط الهادئ وبشكل رئيسي في جنوب شرق آسيا3. في عام 2019 ، بلغ عدد حالات حمى الضنك التي أبلغت بها منظمة الصحة العالمية 4.2 مليون حالة ، وساهمت تايلاند بما لا يقل عن 136000 حالة حمى الضنك و 144 حالة وفاة من عدوى حمى الضنك4. تحدث فاشية حمى الضنك في تايلاند خلال موسم الأمطار ، من أبريل إلى ديسمبر ، في كل من المناطق الحضرية والريفية ، وخاصة في المنطقة الشمالية الشرقية.
لعدوى حمى الضنك مظاهر سريرية مختلفة تتراوح من الأعراض دون السريرية وحمى الضنك الخفيفة (DF) إلى حمى الضنك النزفية الوخيمة (DHF). السمة الرئيسية لحالة DHF الشديدة هي زيادة نفاذية الأوعية الدموية تليها صدمة وخلل وظيفي في الأعضاء1. إن فهم المسار الجزيئي الذي يمكن أن يسبب تسرب الأوعية الدموية مهم جدا في تطوير علاجات فعالة لحمى الضنك. بروتين حمى الضنك غير الهيكلي 1 (NS1) هو بروتين سكري مفرز أثناء الإصابة المبكرة بالفيروس 5,6 ، ويعمل كعامل مساعد لتكرار الحمض النووي الريبي الفيروسي7. يمكن أن يؤدي NS1 إلى إطلاق السيتوكين والمساهمة في تسرب الأوعية الدموية عن طريق الارتباط بالمستقبل الشبيه بالرقم 4 (TLR4) والجليكوكاليكس البطاني 8,9. أظهرت الأبحاث في المختبر أن NS1 يتفاعل مع الخلايا البطانية ويحفز موت الخلايا المبرمج. يمكن أن تسهم هذه الحالة في اختلال وظيفي في البطانة وتسرب الأوعية الدموية10. زادت مستويات مستضد NS1 ، المرتبطة بمستويات مصل الإنترلوكين (IL) -10 ، بشكل ملحوظ في المرضى الذين يعانون من مرض سريري شديد11. يساهم حمى الضنك NS1 أيضا في التسبب في المرض عن طريق تحفيز IL-10 وقمع استجابات الخلايا التائية الخاصة ب DENV12,13. بالإضافة إلى ذلك ، كان بروتين حمى الضنك NS1 مرتبطا بمرض سريري شديد ، وارتبط تركيز NS1 > 600 نانوغرام مل -1 في الأيام الثلاثة الأولى من المرض بتطور DHF14.
يمكن استخدام استمرار مستضد حمى الضنك NS1 في المرضى الذين يعانون من DHF كعلامة على حمى الضنكالشديدة 6. هناك عدة طرق للكشف عن NS1 في العينات السريرية مثل مقايسة الممتز المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA) والاختبار السريع15. المعيار الذهبي لقياس تركيز بروتينات NS1 في بيئة سريرية هو طريقة ELISA. ومع ذلك ، فإن طريقة ELISA باهظة الثمن وتتطلب موظفين مهرة ومرافق مختبرية16. لذلك ، لا يزال تطوير التكنولوجيا للكشف عن بروتينات NS1 وقياسها في اختبار نقطة الرعاية (POCT) مستمرا. في العقد الماضي ، أصبحت المقايسات المناعية الورقية مثل فحوصات التدفق الجانبي (LFAs) والأجهزة التحليلية الورقية الدقيقة (μPADs) شائعة كاختبارات تشخيصية بسبب بساطتها وسرعتها وعدم تكلفتها وخصوصيتها17،18،19. في المقايسة المناعية الورقية ، تم استخدام العديد من الملصقات لتوليد إشارات ، مثل جسيمات الذهب النانوية (AuNPs) 20 ، والجسيمات النانوية المغناطيسية21,22 ، والنقاط الكمومية23 ، والمواد الفلورية24,25. AuNPs هي الملصقات الأكثر شيوعا المستخدمة في المقايسات المناعية الورقية نظرا لتكلفة إنتاجها غير المكلفة وسهولة التصنيع والاستقرار والقراءات البسيطة. حاليا ، يتم استخدام فحوصات التدفق الجانبي (LFAs) لحمى الضنك NS1 بشكل مشهور في الإعداد السريري26,27. ومع ذلك ، فإن اكتشاف ملصق LFA التقليدي يستخدم عادة العين المجردة ويوفر نتائج نوعية فقط.
في العقد الماضي ، تم استخدام أكثر من 5 مليارات هاتف ذكي على نطاق واسع على مستوى العالم ، وهناك إمكانية لتطوير الكشف المحمول28,29. تتمتع الهواتف الذكية بقدرات متعددة الوظائف مثل المستشعرات المادية المدمجة والمعالجات متعددة النواة والكاميرات الرقمية ومنافذ USB ومنافذ الصوت واللاسلكية وبرامج التطبيقات ، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في منصات أجهزة الاستشعار الحيوية المختلفة30. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح التقنيات اللاسلكية بإرسال البيانات بسرعة ويمكن استخدامها للمراقبة في الوقت الفعلي وفي الموقع31. قام Mudanyali et al. بدمج المقايسة المناعية الورقية والهواتف الذكية لتطوير منصة POCT محمولة وخالية من المعدات وسريعة ومنخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام للملاريا والسل وفيروس نقص المناعة البشرية32. أبلغ Ling et al. عن فحص التدفق الجانبي جنبا إلى جنب مع كاميرا الهاتف الذكي للكشف عن نشاط الفوسفاتيز القلوي في الحليب كميا33. طور Hou et al. أيضا نظام تصوير ثنائي الطريقة قائم على الهاتف الذكي للإشارات الكمية من اللون أو التألق في مقايسة التدفق الجانبي34. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي استخدام الهاتف الذكي كقارئ لوني وكمي إلى تحسين الحساسية بينما لا تستطيع العين المجردة الإبلاغ بثقة عن وجود الهدف35.
يقدم DEN-NS1-PAD36،37،38 (المشار إليه باسم الجهاز من الآن فصاعدا) طفرة في تشخيص حمى الضنك ، ويقدم حلا محمولا وفعالا. باستخدام تقنية الموائع الدقيقة القائمة على الورق المطبوعة بالشمع ، يقوم هذا الجهاز بتحديد كمية NS1 بحساسية عالية وخصوصية من خلال معالجة الصور. لتعزيز فائدته بشكل أكبر ، قمنا بتطوير تطبيق هاتف ذكي سهل الاستخدام للقراءة اللونية والكمية. يؤكد التحقق السريري باستخدام عينات المرضى من المستشفيات التايلاندية تأثيره الفوري على تقييم المرضى في الوقت الفعلي. يمثل ابتكارنا تقدما محوريا في الإدارة المبسطة لحمى الضنك في نقاط الرعاية ، مما يعد بإحداث ثورة في التشخيص في مشهد الرعاية الصحية المحدودة الموارد.
تتمثل إحدى معلمات التصميم المهمة لنظام القارئ المستند إلى الهاتف الذكي في القدرة على توفير معالجة تصوير قابلة للتكرار للعينات. في هذه الدراسة ، من أجل البساطة والراحة ، تم التقاط الصور من ثلاث علامات تجارية مختلفة للهواتف الذكية بكاميرات 12-13 ميجابكسل دون استخدام صندوق تصوير أو ملحقات. يم?…
The authors have nothing to disclose.
يعترف MHP بامتنان بصندوق أبحاث المنح الدراسية من Universitas Islam Indonesia (UII). يعرب المؤلفون عن امتنانهم للسيد نوتشانون نينياوي لخبرته القيمة ومساعدته طوال تطوير تطبيق الهاتف المحمول ومساهماته في المخطوطة. علاوة على ذلك ، يقدر المؤلفون الدعم المالي المقدم من تايلاند للبحث العلمي والابتكار (TSRI) ، صندوق البحوث الأساسية: السنة المالية 2023 (المشروع رقم. FRB660073/0164) في إطار برنامج الرعاية الصحية الذكية لجامعة الملك مونغكوت للتكنولوجيا في ثونبوري.
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 |