Команда, возглавляемая инженером-биомедиком из Университета Западной Вирджинии, работает над усовершенствованием и переосмыслением того, как медицинские работники диагностируют клещевые инфекции, такие как болезнь Лайма.

Сумья Шривастава, доцент Колледжа инженерии и минеральных ресурсов им. Бенджамина М. Статлера, разрабатывает инструмент, который быстрее выявляет клещевые заболевания с помощью образца крови на одном чипе. Модель Шриваставы направлена ​​на выявление заболевания в течение одной-двух недель после начала инфекции, в то время как существующие подходы основаны на вопроснике, основанном на симптомах, который может спрашивать, есть ли у человека лихорадка или сыпь, и тестах, которые ненадежны до тех пор, пока минимум через несколько недель после заражения.

Проект Шриваставы недавно получил 1,2 миллиона долларов в качестве совместной инициативы Национального научного фонда и Национальных институтов здравоохранения.

Клещевые возбудители могут передаваться человеку при укусах инфицированных клещей. Эти клещи могут переносить бактерии, вирусы или паразитов. Усилия Шриваставы могут создать столь необходимый инструмент в борьбе с клещевыми болезнями, которые в последние годы резко возросли. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, в настоящее время в США регистрируется около 30 000 случаев болезни Лайма в год по сравнению с 22 000 в 2010 году.

Заболевания, переносимые клещами, могут привести к серьезной заболеваемости и смертности, и за последние 15-20 лет в США они значительно возросли. чтобы уменьшить осложнения и смертность от невыявленных и поздно диагностированных заболеваний».

Сумья Шривастава, доцент Колледжа инженерии и минеральных ресурсов им. Бенджамина М. Статлера

Исследования Шриваставы будут включать междисциплинарное использование микрофлюидики, сенсоров и машинного обучения. Эти факторы позволят улучшить диагностику клещевых инфекций с помощью неинвазивного, доступного, быстрого и удобного инструмента.

После сбора образца крови у пациента инструмент проанализирует клетки. Шривастава объяснил, что все клетки обладают набором диэлектрических свойств, таких как диэлектрическая проницаемость и проводимость, которые уникальны для клеточной мембраны и клеточной цитоплазмы. Эти свойства сильно зависят от состояния клетки, например, является ли она нормальной или ненормальной.

Уникальные свойства зависят от формы и размера клетки; если мембрана шероховатая, гладкая или негерметичная; и что происходит внутри клетки.

«В основном мы измеряем эти свойства на нашем микрожидкостном чипе, — сказала она, — и электрический сигнал, исходящий от датчика, поможет нам определить, есть инфекция или нет. Этот метод известен как диэлектрофорез».

Как только несколько капель крови попадают в устройство, электрическое поле сортирует их по состоянию, размеру и форме клеток. По словам Шриваставы, отсортированные клетки будут иметь базовое значение емкости, которое будет отображаться датчиком, и, таким образом, мы можем сделать вывод о типе инфекции.

«Машинное обучение применяется, чтобы сделать этот инструмент надежным и чувствительным для обнаружения множественного заражения в течение нескольких минут».

Что делает проект более уникальным, так это его способность выявлять несколько клещевых инфекций одновременно и своевременно.

«Кроме того, наша платформа позволит неинвазивно выявлять анаплазмоз, бабезиоз и болезнь Лайма на ранней стадии по сравнению с другими доступными методами, которые тестируют через четыре-шесть недель после развития инфекции», — сказал Шривастава. «Большинство доступных в настоящее время тестов основаны на симптомах, и симптомы развиваются через четыре-шесть недель после укуса клеща. Наша платформа может выявлять эти заболевания на ранней стадии, в течение одной-двух недель, менее чем за 30 минут с помощью портативного диагностического инструмента. Этот инструмент может быть полезен для различных медицинских целей, помимо борьбы с клещевыми заболеваниями.

«Быстрое обнаружение может снизить риск госпитализации, посещения врача и предотвратить прогрессирование заболевания в хроническое пожизненное состояние».