デング熱NS1抗原の比色および定量検出のためのスマートフォンアプリケーションと組み合わせたポータブル紙ベースのイムノアッセイ

デングウイルス(DENV)感染症^は、蚊が媒介する病気としては最も急速に広がり1、世界では年間3億9,000万人以上が9,600万人の症候性感染症に感染し、200万人が重症化し、2万5,000人以上が死亡しています^1,2。世界保健機関(WHO)によると、推定39億人がデング熱のリスクにさらされています。~70%がアジア太平洋諸国、主に東南アジアに住んでいます³.2019年にWHOに報告されたデング熱の症例数は420万人で、タイでは少なくとも136,000人のデング熱患者と144人のデング^{熱感染による}死亡例が144件ありました4。タイでのデング熱の流行は、4月から12月までの雨季に、都市部と農村部、特に北東部で発生します。

DENV感染症は、無症候性症状、軽度のデング熱(DF)から重度のデング出血熱(DHF)まで、さまざまな臨床症状を示します。重度のDHF状態の主な特徴は、血管透過性の増加であり、ショックと臓器機能障害が^{続きます1。}血管漏出を引き起こす可能性のある分子経路を理解することは、効果的なデング熱治療薬を開発する上で非常に重要です。デング熱の非構造タンパク質1(NS1)は、ウイルス感染初期に分泌される糖タンパク質^であり5,6、ウイルス^RNA複製の補因子として機能します7。NS1は、サイトカインの放出を誘発し、Toll様受容体4(TLR4)および内皮グリコカリックス^8,9に結合することにより、血管漏出に寄与します。In vitroの研究により、NS1は内皮細胞と相互作用し、アポトーシスを誘導することが示されています。この状態は、内皮機能障害および血管漏出に寄与し得る¹⁰。血清インターロイキン(IL)-10レベルと相関するNS1抗原レベルは、重度の臨床疾患を有する患者で有意に増加した¹¹。デング熱NS1は、IL-10を誘導し、DENV特異的T細胞応答を抑制することにより、疾患の病因にも寄与します^12,13。さらに、デング熱NS1タンパク質は重篤な臨床疾患に関連しており、発症後3日間のNS1>600ng mL-1の濃度は^DHF14の発症と関連していた。

DHF患者におけるデング熱NS1抗原の持続性は、重症デング熱⁶のマーカーとして使用できる可能性があります。臨床サンプル中のNS1を検出するには、酵素結合免疫吸着測定法(ELISA)や迅速検査¹⁵など、いくつかの方法があります。臨床現場でNS1タンパク質の濃度を測定するためのゴールドスタンダードは、ELISA法です。しかし、ELISA法は高価であり、熟練した人員と実験設備を必要とする¹⁶。そのため、ポイントオブケア検査(POCT)でNS1タンパク質を検出・定量する技術の開発は、現在も進行中です。過去10年間で、ラテラルフローアッセイ(LFA)やマイクロ流体紙ベースの分析デバイス(μPAD)などの紙ベースのイムノアッセイは、その簡便性、迅速性、安価さ、特異性から、診断テストとして人気を博しています17,18,19。紙ベースのイムノアッセイでは、金ナノ粒子(AuNP)²⁰、磁性ナノ粒子^21,22、量子ドット²³、蛍光物質^24,25など、いくつかの標識がシグナルを生成するために使用されています。AuNPは、製造コストが安価で、製造が容易で、安定性があり、読み出しが簡単なため、紙ベースのイムノアッセイで使用される最も一般的な標識です。現在、デング熱NS1のラテラルフローアッセイ(LFA)は、臨床現場で使用されていることで有名です^26,27。しかし、従来のLFAラベル検出は肉眼で行うのが一般的で、定性的な結果しか得られません。

過去10年間で、50億台以上のスマートフォンが世界中で広く使用されており、ポータブル検出を開発する可能性があります^28,29。スマートフォンは、内蔵の物理センサ、マルチコアプロセッサ、デジタルカメラ、USBポート、オーディオポート、ワイヤレス、およびアプリケーションソフトウェアなどの多機能容量を有しており、様々なバイオセンサプラットフォームでの使用に適している³⁰。さらに、無線技術により、データを迅速に送信することができ、リアルタイムおよびオンサイト監視に使用することができる³¹。Mudanyaliらは、紙ベースのイムノアッセイとスマートフォンを組み合わせて、マラリア、結核、HIV用のポータブルで機器不要、迅速、低コスト、ユーザーフレンドリーなPOCTプラットフォームを開発しました³²。Lingらは、牛乳中のアルカリホスファターゼ活性を定量的に検出するために、スマートフォンのカメラと組み合わせたラテラルフローアッセイを報告しました³³。Houらは、ラテラルフローアッセイにおける色または蛍光からの定量的シグナルのためのスマートフォンベースのデュアルモダリティイメージングシステムも開発した³⁴。さらに、スマートフォンを比色および定量的リーダーとして使用すると、肉眼ではターゲット³⁵の存在を自信を持って報告できない一方で、感度を向上させることができる。

デング熱診断のブレークスルーを示すDEN-NS1-PAD^36,37,38(以下、デバイスと呼ぶ)は、ポータブルで効率的なソリューションを提供します。ワックス印刷によるマイクロ流体紙ベースの技術を用いて、画像処理によりNS1を高感度かつ特異的に定量する装置です。その実用性をさらに高めるために、比色測定と定量読み取りのためのユーザーフレンドリーなスマートフォンアプリを開発しました。タイの病院からの患者サンプルを使用した臨床検証は、リアルタイムの患者評価への直接的な影響を強調しています。当社のイノベーションは、合理化されたポイントオブケアデング熱管理における極めて重要な進歩を示し、リソースが限られている医療環境における診断に革命を起こすことを約束します。