Як експрес-тестування вдома може змінити діагностику вірусних захворювань

28.06.2023 |

Досвід у період пандемії COVID-19 кинув виклик підходів до медичного тестування та, можливо, відкрив двері для набагато більшого спектру тестування вдома в майбутньому. Спеціальне медичне обстеження можна проводити вдома, наприклад вагітність і критичне лікування діабету за допомогою моніторингу рівня глюкози, але сучасні можливості об- стеження вдома все ще досить обмежені. Більшість медичних тестів починається в клінічних пунктах на- дання медичної допомоги, таких як лікарні та кабінети лікаря, але самі тести зазвичай обробляються в централізованих сторонніх лабораторіях. Це викликано складністю необхідних пристроїв і хімічних реагентів. Сучасна модель охорони здоров’я давно усталена і знайома пацієнтам: у пацієнта беруть зразок у клініці або в центрі діагностичного тестування, який надсилаються до лабораторії для обробки, а потім пацієнти чекають на результати. Залежно від тесту та розташування лабораторії це очікування може тривати кілька годин або навіть кілька днів.

Дуже заразна природа COVID-19 зумовила необхідність швидкої ідентифікації хворих та їх карантинних обмежень. Незважаючи на те, що потреба в широкомасштабному тестуванні на COVID-19 була очевидною, стало швидко зрозуміло, що кожен метод тестування має свої переваги та недоліки. Тести, які проводяться в лабораторних умовах, зазви- чай використовують молекулярний метод, такий як ПЛР, який базується на ампліфікації перед виявленням присутності вірусу в зразку.

Ця методика дуже чутлива і може виявити низькі рівні вірусу у тестовому зразку. Однак пацієнти за- звичай чекають 24 години або більше, щоб отримати результати тестування. Швидкі домашні тести, які зараз застосовуються, рис. 1, можуть дати результати через 5 – 10 хвилин, а не через день або більше,

але вони менш точні, оскільки використовують реакцію антитіло-антиген. У цьому тесті на антигени або антитіла немає процесу ампліфікації, тобто вони менш чутливі. Зазвичай цей метод тестування дає швидкі результати порівняно з молекулярним методом, таким як ПЛР, але для отримання точного результату вірусне навантаження пацієнта має бути достатньо високим, щоб досягти межі виявлення інфекційного захворювання. Це означає, що переваги від отримання результату через 5 – 10 хвилин вдома значно зменшуються, якщо цей результат може бути помилковим. Але як показали розрахунки, економія від використання домашнього тестування замість візитів у діагностичні центри чи в лікарні може досягти 45 мільярдів доларів.

Рис. 1. Експрес-тестування вдома чи в кабінеті лікаря

Виходячи з наведеного, розробники тестів зараз спрямовують свою увагу на створення, автоматизованих, економічно ефективних лабораторних методик, подібних до ПЛР та інших молекулярних методів. Створені на цій основі пристрої допоможуть у майбутньому розвинути  медичне тестування від по- точного централізованого підходу до більш розподіленого.

Паралельно розробники експрес-тестів зараз прагнуть розширити свої пропозиції щодо домашнього тестування так, щоб включити в тестування інші потенційно небезпечні віруси, такі як віруси грипу, або інфекції, що передаються статевим шляхом. Уявіть собі, наприклад, таке: коли ви прокидаєтеся з болем у горлі та нежиттю і не маєте уяви про те, що це – чи грип, чи застуда, або COVID, а щоб знайти на це відповідь, вам потрібно звернутися  до лікарні. Коли ви в це зробите, ви можете заразити багатьох людей небезпечною хворобою, а швидке тестування вдома може надати результати за лічені хвилини, рис. 2, пришвидшити прийняття клінічних рішень, запобігти розповсюдженню інфекції, і в цілому зменшити витрати на лікування. А ще краще мати один експрес-тест, який міг би в одному зразку з лабораторною якістю одночасно перевірити на- явність кількох вірусів із подібними симптомами  у вас вдома чи в кабінеті лікаря.

Рис. 2. Тривалість сучасного лабораторного тесту (а) та експрес-тесту (б)

Зараз науковці багатьох країн досліджують багатоцільові тести, які можуть діагностувати різні віруси зі схожими симптомами. Ключем до успіху буде створення комп’ютерних приладів або пристроїв для такого комплексного тестування. Однією з можливостей для тестування на багато патогенів є клінічні умови, такі як кабінети лікаря або клініки.

Перевага є подвійною: медичні заклади часто мають обмежений простір, що робить один невеликий багатофункціональний пристрій привабливим вибором. Це також корисно для клінічного персоналу, який обмежений у часі, і якому в цьому випадку потрібно використовувати для обробки тесту лише один пристрій, а не декілька різних. Цей підхід також надзвичайно корисний у сфері статевого здоров’я.

Наявність тестового приладу для виявлення різних інфекцій, що передаються статевим шляхом, в пункті надання медичної допомоги дозволить лікарям діагностувати та призначати лікування за один візит, а не вимагати подальшого тривалого спостереження. Переваги комплексного тестування одним приладом очевидні для розробників таких тестів, але робота для отримання кінцевих інженерних рішень ще тільки починається. Отже, хоча розпізнавання вірусу може відбуватися швидко, створення відповідних приладів на базі, наприклад, потенціостату або високочутливого флуоресцентного детектору потребує тривалого часу.

Рішення на основі компонентів, подібно до тих, що є на ринку сьогодні, не дуже ефективні для такої задачі, проте програмовані великі інтегральні схеми для таких задач вже з’являються на ринку електронних компонентів. На їх основі можуть бути створені інтегровані прецизійні оптичні та електрохімічні прилади для багатофункціональних тестів. Наявність єдиного тесту, який може дати значущі результати для багатьох хвороб, є захоплюючою ідеєю. Такий тест має відігравати важливу профілактичну роль у запобіганні до поширення інфекції та в оптимізації щоденного лікування різноманітних хронічних захворювань. Це навіть може допомогти оптимізувати повсякденне здоров’я, наприклад, виявити унікальні потреби організму у вітамінах і мінералах з часом, створити можливості для того, щоб обстеження підтримувало здоров’я, а не тільки спостерігало за хворобою.

Тестування на багато патогенів також може зменшити навантаження на клініки та інші пункти надання медичної допомоги, які переповнені в період пандемії, і зменшити обсяг зразків, які мають оброблятися в лабораторії. Це також відіграватиме величезну роль у здоров’ї населення, даючи людям швидкі відповіді на те, чи хворі вони і їм варто залишатися вдома, або здорові, але їм потрібно, наприклад, прийняти таблетку від алергії.

Слід відзначити, що відповідні дослідження та інженерні рішення по створенню багатофункціональних мультисенсорних приладів та засобів отримані і в Україні. Так, спільно з Інститутом молекулярної біології і генетики НАН України в Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова створені діючі прототипи мережі мультисенсорів для комплексного тестування напоїв, які містять багато різних інгредієнтів [1, 2, 3].

Інститут молекулярної біології і генетики НАН України у своїх дослідженнях широко використовує молекулярні методи, такі як ПЛР, а також методи на основі реакції антитіло-антиген. Отримані результати можуть бути покладені в основу створення комп’ютерних приладів для багатоцільового тесту для виявлення різних патогенів і передачі результатів тестування у разі потреби у медичні центри для прийняття необхідного клінічного рішення.

ВИСНОВКИ

Пандемія  COVID-19 змінила підхід до медичного тестування та відкрила двері для набагато більшого спектру тестування вдома в майбутньому. Для вирішення цієї проблеми необхідні спільні зусилля розробників багатоцільових тестів та розробників нових електронних компоненті і комп’ютерних приладів на їх основі включно зі штучним інтелектом для виявлення за допомогою одного тестового зразка декількох патогенів.

ЛІТЕРАТУРА:

  1. Volodymyr Romanov, Igor Galelyuka, Oleksandr Voronenko, Oleksandra Kovyrova, Sergei Dzyadevych, Lyudmyla Shkotova. Multisensor prototype for bever- age quality control: principle scheme and test results // Information Theories and Applications – Sofia, Bulgar- ia. – 2020. 2. Romanov V., Galelyuka I., Voronenko O., Kovyro- va O., Dzyadevych S., Shkotova L. Wireless smart mul- tisensor networks for winemaking process control // In- formation theories and applications, Volume 26, Num- ber 2. – Sofia, Bulgaria. – 2019. – P. 165–177. 3. Romanov V., Galelyuka I., Voronenko O., Kovyro- va O., Dzyadevych S., Shkotova L. Smart Sensors and Computer Devices for Agriculture, Food Production Process Control and Medicine // Proceeding of the 29th International Conference on Computer Theory and Ap- plications. – Alexandria, Egypt. – 2019, October 29–31. – P.9-13.