I ricercatori della Duke riescono a rilevare segni di malattia in 15 minuti con il test D4 e il dispositivo smartphone stampato in 3D
Gli ingegneri biomedici presso la Duke University di North Carolina hanno utilizzato la stampa 3D per creare uno strumento diagnostico in grado di rilevare i segni della malattia da una singola goccia di sangue. Il “D4 assay” è costituito da una serie di anticorpi stampati in tono e da un componente per smartphone stampato in 3D.
Anche se ci sono molti modi per testare le malattie, la presenza di certi antigeni nel nostro sangue può essere uno dei segni più chiari che qualcosa non va nel nostro corpo. È per questo che gli ingegneri biomedici di Duke hanno costruito un “laboratorio su un chip” di facile uso che può essere utilizzato per rilevare bassi livelli di antigeni, anche in ambienti che non dispongono di apparecchiature di laboratorio standard.
In uno studio pubblicato negli Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze, i ricercatori spiegano come il “dosaggio D4 ” consente ai medici di evitare la lentezza di altri dispositivi senza sacrificare sensibilità o precisione. Il dispositivo può identificare un biomarker di malattia in soli 15 minuti, sebbene sia necessaria una maggiore sensibilità.
È importante notare che le informazioni raccolte dal dispositivo possono essere facilmente lette utilizzando uno scanner da tavolino o un componente per smartphone stampato in 3D che migliora la telecamera a bordo del telefono. Questa funzionalità dello smartphone è particolarmente utile per la distribuzione del test D4 nelle impostazioni di cura.
“Il dosaggio D4 ci permette di condurre test diagnostici ad alte prestazioni con risorse minime, rendendola una piattaforma promettente per aumentare l’accesso a strumenti diagnostici sensibili e quantitativi”, ha dichiarato Angus Hucknall, coautore del documento.
Il dosaggio D4 segue la guida degli strumenti esistenti nell’utilizzare una coppia di anticorpi accoppiata per rilevare e catturare una proteina bersaglio in un campione di sangue. La matrice contiene sia anticorpi “catturati” immobilizzati che anticorpi “rilevanti” solubili, che sono contrassegnati con un marker fluorescente per consentire ai ricercatori di identificare quanta parte dell’antigene sia presente.
Aggiungendo una goccia di sangue alla diapositiva, gli anticorpi di rilevazione si dissolvono, separati dall’array e si legano alle proteine mirate nel sangue. Queste coppie di proteine anticorpi, illuminate dal marcatore fluorescente, si legano poi agli anticorpi di cattura che rimangono sulla diapositiva.
Esami diagnostici esistenti, come il test immunosorbente legato all’enzima (ELISA), utilizzato per rilevare malattie come Zika e HIV, si sono dimostrate efficaci in molti modi e il dosaggio D4 è simile all’ELISA in quanto utilizza un paio di corrispondenti anticorpi.
A differenza dell’ELISA, tuttavia, l’array di anticorpi del dosaggio D4 viene stampato su un nuovo rivestimento di spazzole di polimero che funziona come il Teflon per impedire che le proteine indesiderate si attacchino alla diapositiva. Arrestando le proteine indesiderate da attaccare al dosaggio, diventa più facile rilevare quelle mirate.
“Il vero significato del dosaggio è il rivestimento di spazzole di polimero”, ha detto Ashutosh Chilkoti, presidente del Dipartimento di Ingegneria Biomedica (BME) di Duke e autore senior sulla carta. “Il pennello di polimeri ci ha permesso di memorizzare tutti gli strumenti di cui abbiamo bisogno sul chip pur mantenendo un semplice design “.
Gli ingegneri biomedici della Duke hanno condotto uno studio clinico per valutare le prestazioni del test D4, misurando i livelli di leptina nel paziente presso la Duke University Medical Center e confrontandoli con quelli osservati con la piattaforma clinica ELISA . Hanno trovato che i risultati del test D4 erano pari a quelli del test ELISA.
Ma il dosaggio D4 presumibilmente offre un certo numero di vantaggi rispetto ai dosaggi come l’ELISA. Intanto, la diapositiva semplicemente deve essere lavata in un tampone per rimuovere le particelle estranee: non c’è bisogno di un processo più complicato. E ‘anche facilmente trasportabile, perché le scivolature a secco non devono essere refrigerate durante il trasporto.
I ricercatori coinvolti nello studio stimano che i chip D4 costeranno meno di un dollaro ciascuno, con l’allegato di cellulare stampato 3D che costerà meno di 30 dollari quando verrà prodotto in serie.
La fase successiva del progetto comporterà l’assunzione del test D4 in Liberia per verificarne l’efficienza sul campo. Il team cercherà di capire come il dosaggio D4 possa essere utilizzato per monitorare e pianificare strategie di trattamento per la malnutrizione.
Lo studio, intitolato “Inkjet-printed point-of-care immunoassay on a nanoscale polymer brush enables subpicomolar detection of analytes in blood”, è stato scritto da Daniel Y. Joh, Angus M. Hucknall, Qingshan Wei, Kelly A. Mason, Margaret L. Lund, Cassio M. Fontes, Ryan T. Hill, Rebecca Blair, Zackary Zimmers, Rohan K. Achar, Derek Tseng, Raluca Gordan, Michael Freemark, Aydogan Ozcan e Ashutosh Chilkoti.
