כלי אבחוני חדש לגילוי מחלות

חוקרים מאוניברסיטת אריזונה הראו דרך לפישוט משמעותי בבדיקת חולים לגילוי מחלות מידבקות ורמות בלתי-מאוזנות של חלבונים. מכשור הבדיקה החדשני שפותח ע”י החוקרים מבטיח להפוך את ההליך לפחות יקר ומהיר יותר

חוקרים מאוניברסיטת אריזונה הראו דרך לפישוט משמעותי בבדיקת חולים לגילוי מחלות מידבקות ורמות בלתי-מאוזנות של חלבונים. מכשור הבדיקה החדשני שפותח ע”י החוקרים מבטיח להפוך את ההליך לפחות יקר ומהיר יותר.

שיטות הבדיקה הנוכחיות הינן איטיות ויקרות בשל בעיתיות הטיפול בדגימות דם, רוק, שתן ונוזלים ביולוגיים אחרים, אומר החוקר הראשי, פרופסור בביה”ס להנדסת מערכות בריאות וביולוגיה באוניברסיטת אריזונה. דגימות שכאלה “הינן תערובות מורכבות המחייבות שימוש בציוד מתקדם המסוגל לערבב את הדגימה עם נוגדנים או מגיבים ביולוגיים אחרים לשם קבלת תגובה חיובית או שלילית מדויקת,” מסביר החוקר.

החוקרים הצליחו לפתח שיטת בדיקה המאפשרת לבחון את דגימת המטופל עצמה באמצעות תגובה עם התקן בדיקה בסיסי וזול. השיטה נעזרת בדיודות פולטות אור (LED) ובמגברים מיקרו-אלקטרוניים פשוטים ולא באמצעים טכנולוגיים מתקדמים ויקרים יותר כגון לייזרים ורובוטים.

החוקרים הראו כי משטחים על-הידרופוביים (superhydrophobic) מסוגלים להפוך דם, רוק, שתן ונוזלים אחרים לטיפות עגולות. טיפות אלו מסוגלות למקד אור ולהתערבב מהר וכן להניע מיקרו- וננו-חלקיקים הניתנים לבחינה לשם גילוי חומר מדבק או חלבון מוגדרים. “על-הידרופוביות” הינה התכונה של חומרים לדחות מים, כגון נוצות הברווז או העלים של צמח הלוטוס. חומרים כאלו משמשים מסחרית בבדים, בחומרי-בנייה ובציפויי משטחים.

ההתקן החדש פועל באמצעות הנחת טיפה של ננו-חלקיקים או מיקרו-חלקיקים ע”ג טיפה של הדגימה הנוזלית של המטופל מעל משטח על-הידרופובי. במשטח יש גומות זערוריות המחזיקות את נוזל הדגימה במקומה לקבלת טיפה כדורית.

הטיפה מתנהגת כעדשה בשל מתח הפנים שלה. דיודה פולטת אור מקרינה אור לעבר הטיפה וצורת הטיפה ממקדת את האור לכדי אלומה עוצמתית הנמדדת ע”י דיודה שנייה. מאחר שהטיפה מתאדה לה באיטיות, מסביר החוקר, ננו-החלקיקים מתחילים להידבק יחדיו במהירות כאשר הדגימה הנוזלית של המטופל מכילה את החומר המדבק או את החלבון הנבדקים. החומר המדבק או החלבון נודדים למרכז הטיפה, תוך קבלת מצב שבו החלקיקים האחרים נעים לעבר פני השטח. תופעה זו מובילה לערבוב-פנימי המאיץ את תהליך האבחון כך שהגילוי מתרחש תוך פחות משתי דקות.

מאחר והדגימה הנוזלית משתלבת עם דיודות ורכיבי מיקרו-אלקטרוניקה, החוקרים מכנים את ההתקן החדשני שלהם בשם Integrascope.

החוקרים בנו מספר התקני אבות-טיפוס המבוססים על העיצוב הנ”ל והראו כיצד ההתקן משמש לבדיקת נוכחות החלבון המכונה “C Reactive Protein” בדגימת דם של אדם, חלבון שהינו סימן למצבים דלקתיים רבים כאשר רמתו בדם גבוהה. רמות גבוהות של חלבון עשויות להצביע על נזק לתא או לרקמה, דלקת, שיבוש בפעילות הכליה, או למערכת החיסונית המייצרת עוד ועוד נוגדנים בתגובה לזיהום או למחלת חיסון-עצמי. רמות נמוכות של חלבון עשויות להצביע על תת-תזונה, או על הנוכחות של מחלות המונעות מהגוף לייצר מספיק חלבוני-דם. ההתקן ניתן לשימוש גם עבור קבלת מדד לבריאותו הכללית של האדם, בזכות מדידת כמות החלבונים הכוללת בדם, ברוק ובשתן.

פיתוח ההתקן התבסס על תגלית מפתיעה שהתרחשה בזמן עבודת הדוקטור של החוקר, בזמן שהוא ערך ניסוי שבו הוא כיוון דיודה פולטת אור לעבר טיפה הממוקמת ע”ג משטח על-הידרופובי. הוא ניסה לבדוק אם הוא יוכל להבחין בשינויים באור הנפלט כתוצאה מנוכחות של חלבון בנוזל. “להפתעתנו”, אמר החוקר הראשי, ” מייד הבנו כי הסידור המעבדתי שלו יצר אלומת אור עוצמתית מאוד שניתן למדדה בקלות באמצעות גלאי אור מבוסס סיב אופטי שהיה לנו במעבדה.”
ממצאי המחקר פורסמו באתר כתב-העת המדעי Nature Precedings. המאמר מתאר כיצד פועל ההתקן החדש ומפרט את המידע שמספקת הבדיקה האבחונית תוך מספר דקות.

ההתקנים הזולים הנפוצים ביותר היום בשוק משתמשים בשיטות בדיקה של תַּבְחִין נוֹגְדָנִי בזרימה רוחבית (lateral-flow immunoassays) הדומות בצורתן ובפעילותן לערכה הביתית לבדיקת הריון.

המכשול העיקרי בייצור התקני אבחון זולים למצבים ומחלות רבות בשיטה הנ”ל הוא בכך שיש להתפשר על הרגישות כנגד הבררנות. גישה אחרת למזעור התקנים מורכבים סובלת מהקושי להפחית את העלות לרמה שרוב הצרכנים יוכלו להתמודד עימה – כ- 2-1 דולרים לערכה – וכן הצורך בחלקי-חילוף וטיפול מיוחד בהן. “כדי שתהיה להם השפעה עולמית, אנו צריכים כלים מדויקים ורגישים שיוכלו לסייע לעוסקים בשרותי הבריאות לטפל בחולים בעלות נמוכה עוד במהלך הביקור הראשון שלהם,” מסביר החוקר.

“המטרה שלנו היא לתרגם את הטכנולוגיה והעיצוב הללו להתקן זמין ושמיש שנוכל להעניקו בחינם למרפאות. העלות היחידה של ההתקן החדש שלנו תכלול את טיפת החלקיקים ופיסה קטנה של משטח על-הידרופובי – 1-2 דולרים בלבד,” מסביר החוקר הראשי.

הידיעה מהאוניברסיטה