فناوری آزمایشگاه روی چیپ امکان تشخیص سریع و آسان پاتوژن‌ها در منزل را فراهم می‌کند

غربالگری سریع و تشخیص کم هزینه نقش مهمی را در انتخاب زمان مناسب برای مداخله درمانی در مقابله با پاتوژن‌های با قابلیت بیماری‌زایی بالا ایفا می‌کند و این موضوع زمانی که عامل بیماری‌زا، مانند ویروس کرونای جدید SARS-CoV-2، درمان موثری نداشته باشد یا علائم مشخصی نشان ندهد، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. در این پژوهش یک مبدل سیلیکونی یکبار مصرف با قابلیت کمی‌سازی در لحظه‌، برای تشخیص توالی نوکلئیک اسید اختصاصی عامل بیماری‌زا معرفی شده است. این چیپ که TriSilix نام دارد، در ابعاد بسیار کوچک ( با ابعاد 10×10×0.65 میلی‌متر) در زمان بسیار اندک (7 ساعت برای 37 چیپ) و با هزینه‌ی پایین قابل ساخت است. این چیپ در تشخیص cDNA ویروس SARS-CoV-2 از SARS-CoV نیز دقت بالایی داشته است.

چیپی که در امپریال کالج لندن ساخته شده است و TriSilix نام دارد، یک آزمایشگاه در ابعاد میکرو است که قابلیت انجام درجای واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) را دارد. این فرآیند در حال حاضر آزمایش gold-standard برای تشخیص ویروس‌ها و باکتری‌ها در نمونه‌های زیستی، مانند مایعات بدن، مدفوع یا نمونه‌های محیطی محسوب می‌شود. از آنجاییکه فرآیند PCR در آزمایشگاه‌ها انجام می‌پذیرد، نتایج آن به صورت آنی در دسترس نخواهد بود اما این چیپ جدید که به آزمایشگاه روی چیپ معروف است نتایج را در ظرف چند دقیقه در اختیار قرار می‌دهد.
این چیپ مانند سایر چیپ‌های الکترونیکی، از سیلیکون ساخته شده‌است. هرچند سیلیکون ماده‌ی ارزانی است، فرآیند تبدیل آن به چیپ پرهزینه محسوب می‌شود و نیازمند کارخانه‌های فوق تمیز یا اتاق‌‌های تمیز (cleanrooms) است. برای ساخت آزمایشگاه روی چیپ، پژوهشگران روش‌هایی را توسعه دادند تا امکان ساخت این چیپ‌ها در شرایط استاندارد آزمایشگاهی فراهم شود، هزینه و زمان ساخت آن‌ها کاهش یابد و بتوان به صورت بالقوه آن را در هرجایی از دنیا تولید کرد.
سرپرست این تیم تحقیقاتی دکتر فیرات گودار از دپارتمان مهندسی زیستی امپریال می‌گوید: " به جای فرستادن سواب به آزمایشگاه یا رفتن به درمانگاه، آزمایشگاهی به صورت یک چیپ در ابعاد ناخن انگشت شما می‌تواند در اختیار شما قرار گیرد. این آزمایش مشابه آزمایشی است که افراد دیابتی برای سنجش قند خون خود انجام می‌دهند با این تفاوت که این بار آزمایش برای بیماری‌های عفونی انجام می‌گیرد."

پژوهشگران تا کنون از TriSilix برای تشخیص عفونت‌های باکتریایی که در حیوانات بیشتر مشاهده می‌شود و همچنین تشخیص ماده‌ی ژنتیکی سنتز شده‌ی SARS-CoV-2 که عامل COVID-19 است، استفاده کرده‌اند.

به گفته‌ی پژوهشگران این طرح، این سیستم در آینده قابلیت سوار شدن بر دستگاه‌های قابل حمل دستی مثل دستگاه تست قند خون را خواهد داشت. این آزمایش این امکان را ایجاد می‌کند که افراد آزمایش تشخیصی برای بیماری‌هایی چون سرماخوردگی، آنفلوآنزا، عفونت‌های تکرار شونده مثل عفونت‌های مجاری ادراری (UTIs) و COVID-19 را در منزل انجام داده و نتیجه را دریافت کنند.

در حال حاضر علی‌رغم وجود دستگاه‌های تشخیصی برای عفونت‌ها از جمله COVID-19، انجام آزمایش توسط آن‌ها می‌تواند زمان‌بر و هزینه‌بر باشد چون بیمار باید به درمانگاه‌ها مراجعه کند و نمونه برداری توسط یک نیروی درمانی متخصص انجام گیرد و به منزل بازگردد یا در مرکز درمانی منتظر دریافت نتیجه‌ی آزمایش خود بماند. این در حالی است که ترک کردن منزل از سوی فردی که احساس بیماری می‌کند امکان انتقال پاتوژن به دیگری را افزایش می‌دهد.

چنانچه کارایی این تست روی نمونه‌های انسانی نیز تایید شود، این آزمایش جدید می‌تواند امکان دریافت نتیجه خارج از مراکز درمانی و در منزل در عرض چند دقیقه را فراهم نماید. پژوهشگران این تست همچنین افزودند چنین آزمایشی با امکان انتقال آسان می‌تواند علاوه بر تسریع فرآیند تشخیصی، موجب کاهش هزینه‌های جا به جایی نمونه‌ها گردد. چنین آزمایشی می‌تواند توسط مردم عادی و در غیاب یک نیروی درمانی متخصص انجام گیرد و چنانچه فرد نیاز به قرنطینه خانگی داشت این امر می‌تواند سریعا و بدون احتمال آلوده کردن افراد دیگر صورت گیرد.

ایجاد آزمایش‌های این چنین در دسترس و کم هزینه‌تر به ویژه می‌تواند برای مناطق روستایی یا محروم کشورهای کم درآمد از اهمیت بالایی برخوردار باشد چون معمولا در این مناطق درمانگاه‌ها می‌تواند دور، خارج از دسترس یا سفر برای دسترسی به آن‌ها پرهزینه باشد. اگر این آزمایش در دسترس افراد قرار گیرد، می‌تواند برای تشخیص عفونت‌های جزئی مانند UTIs، که اغلب با وجود مصرف آنتی‌بیوتیک هم عود می‌کنند، مورد استفاده قرار گیرد.
نویسنده‌ی اصلی این مقاله دکتر استفانیا نونز-باخو می‌گوید: "نظارت و ارزیابی عفونت در منزل می‌تواند به بیمار امکان دهد که با یاری پزشک خود استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها را شخصی سازی نماید و به کاهش مشکل در حال رشدی که با آن رو به رو هستیم یعنی مقاوت به آنتی‌بیوتیک‌ها کمک کند.

هر آزمایشگاه روی چیپ شامل یک سنسور DNA، شناساگر دما و یک دستگاه تولید گرماست تا فرآیند آزمایش را به صورت خودکار پیش ببرد. یک باتری تلفن همراه با یک بار شارژ قادر است انرژی مورد نیاز برای 35 آزمایش را فراهم نماید.

در گام بعدی پژوهشگران تصمیم دارند، این چیپ را روی نمونه‌های بالینی تصدیق کنند، آماده‌سازی نمونه‌ها را به صورت خودکار درآوردند و بخش الکترونیکی دستگاه دستی را ارتقا ببخشند.

منابع خبر:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19911-6

https://scitechdaily.com/new-lab-on-a-chip-could-enable-fast-easy-testing-for-colds-flu-utis-and-covid-19-at-home/

کلید واژه ها: #lab-on-a-chip #detection #COVID-19 #bioinformatics #codecool