Naukowcy z Cranfield University opracowali innowacyjną nową metodę identyfikacji biomarkerów w ściekach przy użyciu czujników z papieru origami, umożliwiając śledzenie chorób zakaźnych za pomocą aparatu w telefonie komórkowym. Nowe urządzenie testowe jest niedrogie i szybkie, a także może radykalnie zmienić sposób, w jaki środki zdrowia publicznego są kierowane w przypadku przyszłych pandemii.
Ścieki kluczowym sposobem śledzenia zakażeń
Badanie ścieków jest jednym z głównych sposobów oceny częstości występowania chorób zakaźnych w populacjach. Naukowcy pobierają próbki z różnych zakładów uzdatniania wody w całym kraju i wykorzystują wyniki, aby zrozumieć, które obszary mają obecnie najwyższe wskaźniki zakażeń. Metodę tę zastosowano w pandemii COVID-19 w celu śledzenia wskaźników zakażeń w społecznościach i kierowania środkami ochrony zdrowia publicznego.
Zhugen Yang, profesor bioczujników i zdrowia środowiskowego na Cranfield University, kierował rozwojem czujników sentinel. Opiera się on na badaniach, które przeprowadził w 2020 r. w celu opracowania testu wykrywającego SARS-CoV-2 (powszechnie znany jako COVID-19), grypę A i grypę B w ściekach przy użyciu platformy papierowej i latarki UV lub aparatu w telefonie komórkowym.
Do tej pory najdokładniejszymi metodami testowania próbek ścieków były metody takie jak test łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR), który musi być przeprowadzany w scentralizowanych laboratoriach przez dobrze przeszkolony personel. Oznacza to, że próbki są zbierane, przechowywane i transportowane w łańcuchu chłodniczym do laboratorium przed przetworzeniem, co może zająć wiele dni i jest stosunkowo drogie.
Test papierowy „Origami” jest odczytywany za pomocą telefonu komórkowego
Nowa metoda testowa jest szybka, przyjazna dla użytkownika i przenośna. Próbki ścieków umieszczane są na arkuszu papieru z nadrukiem woskowym, który jest składany w stylu „origami”. Papier zawiera substancje chemiczne, które reagują z pewnymi markerami chorób, powodując pojawienie się fluorescencyjnego koloru. Za pomocą aparatu w telefonie komórkowym można szybko odczytać wyniki i zebrać dane
Profesor Yang opracował nową metodę w ramach krajowego programu nadzoru nad ściekami COVID-19. W 2021 r., w szczytowym momencie pandemii, przeprowadził testy terenowe przy użyciu testu w czterech hotelach kwarantannowych wokół lotniska Heathrow. Cały proces od pobrania próbki do odpowiedzi trwał mniej niż 90 minut w porównaniu do około czterech godzin w przypadku testu PCR, przy czym testy przeprowadzono w piwnicy jednego z hoteli przy użyciu minimalnego sprzętu. Wyniki pokazały, że to nowe urządzenie daje wyniki co najmniej tak dokładne jak test PCR, ale przy znacznie niższych kosztach i może zapewnić wczesne ostrzeżenie o chorobie w społeczności. Urządzenie jest szczególnie przydatne w obszarach o ograniczonych zasobach ze względu na łatwość użycia, niski koszt i szybkie wyniki.
Profesor Yang skomentował: „Podczas COVID-19 udowodniliśmy, że szybka analiza ścieków komunalnych jest naprawdę skutecznym sposobem śledzenia chorób zakaźnych i pomagania w zarządzaniu zdrowiem publicznym. Prosty test, który opracowaliśmy, kosztuje zaledwie 1 funta i wykorzystuje powszechnie dostępną funkcję aparatu w telefonie komórkowym, dzięki czemu jest łatwo dostępny. Może to być prawdziwy przełom, jeśli chodzi o przewidywanie wskaźników zachorowań i poprawę zdrowia publicznego w obliczu przyszłych pandemii”.
Urządzenie zostało zaprezentowane w London Science Museum w uznaniu jego wkładu w Narodowy Program Nadzoru nad Ściekami podczas pandemii COVID-19.
Dalszy rozwój testu jest sponsorowany przez Leverhulme Trust Research Leadership Scheme i grant od Biotechnology and Biological Sciences Research Council. W przyszłości test ten mógłby potencjalnie służyć do śledzenia nowych wariantów i pomocy w ustaleniu, czy wariant nadal rozprzestrzenia się w społeczności, a także do monitorowania oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe z perspektywy zdrowotnej.
„Papierowy mikroprzepływowy czujnik strażniczy umożliwia szybką i lokalną obserwację ścieków w środowisku społecznościowym” został opublikowany w czasopiśmie Sprawozdania z badań nad naukami fizycznymioraz uczestniczyli w nim naukowcy z Uniwersytetu w Glasgow i Uniwersytetu Zhejiang w Chinach.
