أداة تشخيصية جديدة للكشف عن الفيروسات

يسلط باحثون ضوءا جديدا قويا على الظلام الفيروسي من خلال تطوير مستشعر  (LUCAS)، وهي أداة تشخيصية سريعة محمولة وعالية الحساسية لمعالجة العينات البيولوجية المعقدة.

مقارنةً بسابقاتها من أجهزة التشخيص، يُنتج جهاز LUCAS إشارات تلألؤ حيوي أقوى بـ500 مرة وأطول أمدًا بثماني مرات، متغلبًا بذلك على التحديات طويلة الأمد التي واجهتها أجهزة التشخيص في نقطة الرعاية.

نُشرت دراستهم في مجلة Nature Biomedical Engineering.

تحدٍّ كبير

قال الدكتور هادي شفيع، المؤلف الرئيسي للدراسة: "يُمثل تطوير تشخيصات فعّالة تحديًا كبيرًا، خاصةً عند التفكير في حجم جزيئات الأمراض المعدية والسوائل البيولوجية المعقدة التي نحاول تحديدها فيها، إن العثور على جزيء فيروس نقص المناعة البشرية في عينة دم بشرية يُشبه العثور على مكعب ثلج في مسبح أولمبي مليء بالهلام وأنت معصوب العينين".

وأضاف: "بفضل نهجها الجديد في تتبع الإنزيمات، تمثل تقنية LUCAS قفزة كبيرة إلى الأمام في استشعار الفيروسات في هذه العينات البيولوجية المعقدة".

أصبحت التشخيصات في مراكز الرعاية الصحية أدوات أساسية في العديد من المنازل، حيث يقيس الناس مستوى السكر في الدم، ويجرون اختبارات الحمل، بل ويجرون فحوصات كوفيد-19 بأنفسهم.

تُغني هذه التشخيصات الناس عن الفحوصات المخبرية المُرهقة والمكلفة، وهي مهمة للكشف عن المرض وعلاجه ومراقبته.

ومع ذلك، قد تفشل التشخيصات الحالية، مع وجود عيوب مثل عدم الدقة وضعف الحساسية.

للتلألؤ الحيوي القدرة على تخفيف العيوب الشائعة التي تعاني منها الطرق الأخرى، مثل الضوضاء الخلفية، والنتائج الإيجابية الكاذبة، والتبييض الضوئي، والسمية الضوئية.

يستخدم التلألؤ الحيوي الإنزيم الطبيعي نفسه الذي يُشعِر اليراعات بالتوهج لإضاءة العينات البيولوجية لأغراض التصوير.

يُضاف إنزيم لوسيفيراز إلى العينة للعثور على الجسيمات الفيروسية وتحديدها، ثم تُضاف جزيئات لوسيفيرين إلى العينة، مما يُحفز تفاعل لوسيفيراز الذي يُنتج دفقة من الضوء، لكن هذا التفاعل يُنتج إشارة ضوئية ضعيفة وقصيرة الأمد.

طوّر شافي وفريقه سلسلةً فريدةً من إشارات الإنزيم لتعزيز إشارات التلألؤ الحيوي وإطالة أمدها، وأدخلوا إنزيمًا آخر إلى المعادلة، يُسمى بيتا-غالاكتوزيداز، يلتصق باللوسيفيرين ويُطلقه باستمرار، بدلًا من السماح للوسيفيرين بالطفو بحرية في العينة لإجراء تفاعلاتٍ لمرة واحدة.

هذه الخطوة الإضافية تعني المزيد من اللوسيفيرين، والمزيد من تفاعلات اللوسيفيراز، والمزيد من التلألؤ الحيوي.

في الواقع، مكّنت هذه الخطوة نظام لوكاس من أن يكون أكثر تلألؤًا حيويًا بـ 515 مرة من الأنظمة غير المزودة به، وحافظت إشاراته على قوتها بنسبة 96% بعد ساعة.

لتقييم فعالية نظام لوكاس، استخدم الفريق 177 عينة من مرضى مصابين بفيروسات مُضاف إليها مواد فيروسية، و130 عينة مصل مصابة بفيروس سارس-كوف-2، أو فيروس نقص المناعة البشرية، أو فيروس التهاب الكبد ب، أو فيروس التهاب الكبد سي.

جُمعت عينات مرضى سارس-كوف-2 عبر مسحة أنفية بلعومية، بينما جُمعت عينات فيروس نقص المناعة البشرية، وفيروس التهاب الكبد ب، وفيروس التهاب الكبد سي عبر سحب الدم. قدّم نظام لوكاس إجابات تشخيصية في غضون 23 دقيقة، وبمتوسط ​​دقة تجاوز 94% لجميع مسببات الأمراض.

صمم الباحثون نظام LUCAS ليكون محمولاً وسهل الاستخدام، مما يجعله خياراً مثالياً لبيئات الرعاية الصحية عالية وقليلة الموارد.

وفي خطوة تالية، سيختبر الفريق فعالية LUCAS في سوائل بيولوجية أخرى، ومعرفة ما إذا كانت الطريقة قادرة على تحديد أكثر من مُمْرِض واحد في آنٍ واحد.

ويشير شافيعي أيضًا إلى أن تحديد المؤشرات الحيوية للعديد من الأمراض، بما في ذلك مرض الزهايمر، هو مجال يتطور بسرعة - لذا فإن وجود أداة مثل LUCAS جاهزة للاستخدام مع ظهور مؤشرات حيوية جديدة يمكن أن يكون له تأثير كبير في السنوات القادمة.