Nanogold zachytáva chorobu za 15 minút: NasRED číta stovky molekúl v kvapke krvi

Spoločnosť ACS Nano opísala prenosný diagnostický test s názvom NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): využíva zlaté nanočastice a elektrooptické čítanie na detekciu antigénov a protilátok proti infekciám pri super nízkych koncentráciách – až do subfemtomolárnych/attomolárnych úrovní. Testovanie na COVID-19 preukázalo presné rozlíšenie od iných infekcií, doba odozvy bola ~15 minút a cena testu bola približne 2 doláre. Podľa autorov je citlivosť ~3 000-krát vyššia ako pri teste ELISA, je potrebných 16-krát menej vzorky a výsledok je 30-krát rýchlejší.

Pozadie

• Prečo opäť diagnostika PoC a ako merať jej úspešnosť. V reálnej praxi sú potrebné testy v mieste poskytovania starostlivosti (na mieste, rýchle, lacné), ktoré spĺňajú kritériá ASSURED/REASSURED: Cenovo dostupné, Citlivé, Špecifické, Užívateľsky prívetivé, Rýchle/Robustné, Bez vybavenia/jednoduché, Dodané plus pripojenie v reálnom čase a jednoduchosť odberu vzoriek. Väčšina „domácich“ testov stále nepokrýva všetky body, najmä „S“ – citlivosť. Preto preteky o metódy, ktoré poskytnú laboratórnu úroveň citlivosti bez laboratória.
• Kde sa klasika zasekáva.
  • LAT prúžky (antigénové testy) sú rýchle a lacné, ale citlivosť voči PCR je stredná a vysoko závislá od vírusovej záťaže/trvania ochorenia; dokonca aj tie najlepšie súpravy často nedosahujú „laboratórnu“ citlivosť.
  • ELISA je presná, ale vyžaduje si činidlá, premývačky/čítačky, inkubácie – to sú hodiny a laboratórium; existujúce „vylepšené“ verzie znižujú prahové hodnoty, ale na úkor zložitosti protokolu. Pre skríning v teréne sú to bariéry.
• Prečo zlaté nanočastice? AuNP sú ťažným koňom biosenzorov: majú výraznú plazmonickú odozvu (zmeny absorpcie/rozptylu pri agregácii alebo pri zmene prostredia), vhodnú povrchovú chémiu pre konjugáciu proteín/aptamér a dobrú stabilitu. To umožňuje konštrukciu testov, kde sa väzba „analyzovaná molekula ↔ nanočastica“ premieňa na optický/elektronický signál bez zložitej optiky.
• Elektro-/opto-elektronické odčítanie ako krok vpred. Kľúčom k PoC je zjednodušenie detekcie: namiesto veľkých spektrofotometrov použite LED + jednoduchý fotosenzor/elektroniku a odčítajte zmenu priehľadnosti/rozptylu alebo „usadzovania“ funkcionalizovaných nanočastíc po väzbe na cieľ. Takéto schémy poskytujú široký dynamický rozsah a rýchly čas odozvy pri zachovaní nízkych detekčných limitov. Tu sa hodí NasRED.
• Prečo je dôležité vidieť antigény aj protilátky? Pri infekciách v rôznych štádiách sú niektoré ciele informatívnejšie ako iné: antigén pre skorú aktívnu infekciu, protilátky pre fakt minulej/súčasnej infekcie so sérokonverziou alebo posúdenie imunitnej odpovede. Platformy, ktoré sa modulárne „rekvalifikujú“ z antigénov na protilátky (a späť), sa rýchlejšie škálujú pre nové patogény/úlohy.
• Kontext tohto konkrétneho článku. V demonštrácii na SARS-CoV-2 NasRED preukázal detekciu subfemtomolárnych hladín antigénov/protilátok za približne 15 minút z mikroobjemu (približne 6 µl) a presné rozlíšenie COVID-19 od iných infekcií; platforma sa údajne prispôsobí toxínom, nádorovým markerom atď. To zmenšuje priepasť medzi „testovacím prúžkom“ a laboratóriom v citlivosti a rýchlosti. Dôsledkom je potenciál pre včasnú detekciu pri nízkej prevalencii a v prostrediach s nízkymi zdrojmi.
• Precitlivenosť však so sebou prináša aj riziká. Čím nižší je prah, tým vyššie sú požiadavky na čistotu, kontrolu krížových reakcií a manažment falošne pozitívnych výsledkov. Preto každý nový „cieľ“ na platforme vyžaduje samostatné klinické validácie a záťažové testovanie na účinky matrice (krv, sliny, nosohltan) a stabilitu spotrebného materiálu v reálnych dodávateľských reťazcoch.
• Prečo je to logický smer vývoja testov. Táto oblasť sa už naučila „prelomiť“ pikomolárne bariéry (digitálny ELISA, vylepšené LF formáty), ale častejšie za cenu drahého vybavenia/zložitých protokolov. Platformy AuNP s jednoduchým elektronickým odčítaním sa snažia kombinovať ultracitlivosť s lacným hardvérom – presne to, čo vyžadujú kritériá ASSURED/REASSURED.

Ako to funguje

• Zlaté nanočastice sú potiahnuté rozpoznávacími molekulami. Na vyhľadanie vírusového proteínu sa používajú protilátky; na zachytenie pacientových protilátok sa používajú vírusové antigény.
• Tieto častice sa pridajú do malej vzorky (kvapka krvi/sliny/nosovej tekutiny). Ak vzorka obsahuje cieľ, väčšina nanočastíc sa zlepí a usadí na dne skúmavky. Ak cieľ nie je prítomný, suspenzia zostane zakalená.
• Zariadenie prepúšťa LED lúč cez vrch kvapaliny a elektronický senzor meria, koľko svetla prechádza: viac svetla = častice „dopadli“, čo znamená, že je tam cieľ. To všetko bez objemnej optiky a zložitej prípravy vzoriek.

Čo presne bolo ukázané v novom diele

• COVID-19: NasRED spoľahlivo detegoval antigény a protilátky SARS-CoV-2 na úrovniach, kde štandardné metódy zlyhávajú, a odlíšil COVID-19 od iných infekcií. V mokrých testoch s celými časticami koronavírusu bola citlivosť porovnateľná s Abbott ID NOW (populárny molekulárny test), ale s výhodou v rýchlosti/jednoduchosti.
• Prah detekcie: Tím posunul citlivosť do attomolového rozsahu (príklad z tlačovej správy: „kvapka atramentu v 20 olympijských bazénoch“). Názov článku zdôrazňuje subfemtomolovú úroveň.
• Modularita: tie isté „prázdne“ nanoplatformy sa dajú rýchlo preprogramovať pre iné ciele, od E. coli (toxín Shiga) až po nádorové markery a proteíny Alzheimerovej choroby; prototyp tejto technológie predtým zachytil ebolu z malých objemov krvi.

Prečo je to dôležité?

• Testovanie na laboratórnej úrovni – bez laboratória. Naliehavou potrebou zdravotnej starostlivosti je rýchle, presné a lacné testovanie v mieste poskytovania starostlivosti (PoC). NasRED preklenuje priepasť medzi rýchlymi testovacími prúžkami a „ťažkým“ laboratóriom: ~2 doláre za test, ~15 minút, minimálne vybavenie a školenie. To je kritické pre terénne podmienky a regióny s nízkymi zdrojmi.
• Včasná detekcia pri nízkej prevalencii. Keď je prípadov málo (skoré ohniská, rizikové skupiny HIV/HCV, borelióza), nie je ziskové zavádzať laboratórne reťazce a pacienti jednoducho nie sú testovaní. Ultracitlivý PoC test vám umožňuje hľadať ihlu v kope sena – a urobiť to priamo na mieste.

O koľko je to „lepšie ako štandard“?

Autori poskytujú porovnania: ≈3 000× citlivejší ako ELISA, 16× menší objem vzorky, 30× rýchlejší čas odozvy; v absolútnych koncentráciách stovky molekúl v submikrolitroch, „takmer 100 000-krát citlivejší ako štandardné laboratórne testy“ (odhad z inštitucionálneho uvoľnenia). Tieto čísla sa vzťahujú na referenčné hodnoty za študijných podmienok a vyžadujú si externú validáciu.

Čo je už jasné o „bolestných bodoch“

• Príprava vzoriek si zatiaľ vyžaduje stolové mini centrifúgy/miešačky; tím pracuje na miniaturizácii a automatizácii s cieľom dosiahnuť plne vreckový formát a potenciálne aj domáci test.
• Uvedená univerzálnosť (moduly pre rôzne ochorenia) je na papieri vynikajúca, ale pre kliniku sú potrebné samostatné klinické skúšky pre každý analytický cieľ (HIV, HCV, borelióza atď.) s testovaním krížových reakcií, stability činidiel a kvality dodávateľského reťazca.

Kam to môže zájsť?

V dohľadnej budúcnosti vyzerá NasRED ako platforma: jedno zariadenie + vymeniteľné senzorové „príslušenstva“ pre požadovaný marker. Ak sa potvrdí modularita, tento prístup by mohol urýchliť nasadenie testov pre nové ohniská a rozšíriť PoC diagnostiku v klinikách, pohotovostných oddeleniach, mobilných bodoch a dokonca aj v mobilných tímoch pre ťažko dostupné skupiny.

Zdroj: Choi Y. a kol. Detekcia protilátok a antigénov SARS-CoV-2 na subfemtomolárnej úrovni s podporou nanočastíc, rýchla a elektronická. ACS Nano, publikované 11. augusta 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083