當圣路易斯華盛頓大學麥凱維工程學院機械工程和材料科學教授Srikanth Singamaneni和Guy Genin在2019年底與醫(yī)學院的研究人員建立新的合作關系時，他們并不知道傳染病研究的格局即將發(fā)生巨大變化。在一個美麗的秋天，在俯瞰森林公園的會議室里，團隊心中只有一個目標：解決當時世界面臨的最大傳染病問題。

“Srikanth和我有一個簡單，定量診斷工具的愿景，所以我們與WashU的傳染病醫(yī)生聯(lián)系并問他們，'如果你能在護理點廉價地獲得真正詳細的信息，最重要的問題是什么?'”Genin說，Harold和Kathleen Faught機械工程教授。

“Greg Storch告訴我們，傳染病領域面臨的最重要挑戰(zhàn)之一是找到一種方法來快速確定患者是否患有細菌感染，是否應該接受抗生素治療或病毒感染，抗生素對此無效。

醫(yī)學博士Storch是醫(yī)學院的Ruth L. Siteman兒科教授，他對經常影響大多數(shù)人的疾病感興趣 - 感冒，鏈球菌性咽喉炎或流感 - 但這些疾病沒有得到罕見疾病那么多的研究關注。“即使在傳染病診斷方面取得了巨大進展，仍然有一個簡單，快速和敏感的測試，”Storch說。“如果他們能夠提供定量信息，那將特別強大。具有這些特征的測試可以在復雜的實驗室或現(xiàn)場使用。

憑借他在開發(fā)用于生物學和醫(yī)學應用的納米材料方面的多年經驗，Lilyan & E. Lisle Hughes教授Singamaneni試圖克服即時診斷測試中的這些限制。Singamaneni和他的實驗室開發(fā)了稱為等離子體熒光熒光的超亮熒光納米標記，可以快速集成到一個通用的測試平臺，即側向流動測定(LFA)。

等離激元增強型LFA(p-LFA)將廉價、現(xiàn)成的快速檢測提高到醫(yī)生所需的靈敏度水平，從而對檢測結果充滿信心，而無需基于實驗室的確認。

根據(jù)2月1日發(fā)表在《自然生物醫(yī)學工程》上的研究結果，該團隊的p-LFA比傳統(tǒng)的LFA敏感000倍，后者通過條帶上的視覺顏色和熒光信號顯示結果。當使用熒光掃描儀進行分析時，p-LFAs也比金標準實驗室測試快得多，只需20分鐘而不是幾個小時即可返回結果，靈敏度相當或更高。p-LFAs可以檢測和量化蛋白質的濃度，使它們能夠檢測細菌和病毒感染以及指向其他疾病的炎癥標志物。

“等離子體熒光由金屬納米顆粒組成，作為天線來吸收光線并增強分子熒光團的熒光發(fā)射，從而使其成為超亮納米顆粒，”Singamaneni解釋說。

“我們的p-LFAs甚至可以拾取非常小濃度的抗體和抗原，這是感染的典型標志物，并為臨床醫(yī)生提供清晰，快速的結果，而無需專門的設備。對于初始篩選之外的定量測試，可以使用熒光讀數(shù)器掃描相同的LFA條，只需一次測試即可快速，超靈敏的比色和熒光檢測疾病標志物。

“這就像調高標準變色試紙的音量一樣。新的p-LFA不是得到一條微弱的線，只指示陽性或陰性結果，而是用更少的顆粒提供更清晰的結果，使人們能夠借助廉價的便攜式掃描儀從簡單的'是或否?'到確切的'多少?'，“醫(yī)學院臨床和轉化研究部麻醉學研究教授Jeremiah Morrissey說。Morrissey是這項新研究的合著者，也是Singemaneni實驗室的長期合作者。

這種改進的檢測能力對于現(xiàn)在非常熟悉快速可靠的檢測結果的需求和假陰性風險的人群來說具有明顯的好處。

“當我們在2019年解決這個問題時，我們認為我們最大的挑戰(zhàn)是從病人那里獲得足夠數(shù)量的樣本，”Genin回憶道。“我們到底在哪里可以找到大量患者的樣本，這些患者的癥狀被仔細記錄，他們的診斷是通過緩慢而昂貴的PCR測試得到驗證的?”在幾個月內，COVID-19將消除這一障礙，同時帶來一系列新的挑戰(zhàn)和機遇。

第一作者羅希特·古普塔(Rohit Gupta)說：“大流行對我們來說是一個很大的轉變，就像對每個人一樣，”他作為Singamaneni實驗室的研究生從事p-LFA研究，現(xiàn)在是輝瑞公司的資深科學家。“我們不得不放棄最初對區(qū)分病毒和細菌的關注，但事實證明，這是一個真正利害攸關的實用科學的機會。我們正在與流行病學家合作獲取樣本進行測試，與診斷師合作將我們的測試與可用的測試進行比較，并與臨床醫(yī)生合作深入了解患者護理的真正需求。

整個合作的投入幫助Gupta和Singemaneni完善了p-LFAs的設計，最終實現(xiàn)了95%的臨床敏感性和100%的SARS-CoV-2抗體和抗原特異性。Genin將結果描述為令人震驚。

“我們不知道它會工作得這么好，”他說。“我們知道這會很好，但我們不知道這個帶有 1 美元讀數(shù)設備的 300 美元測試會比我們在 COVID 大流行期間使用的最新技術要好得多——10 倍。”

現(xiàn)在他們已經證明p-LFAs在靈敏度，速度，便利性和成本方面可以優(yōu)于標準實驗室測試，該團隊正在尋求為該技術開發(fā)新的應用，包括回到他們最初的目標，即識別細菌與病毒感染，并將他們的診斷工具交到世界各地的醫(yī)生手中。

p-LFA技術已由華盛頓大學技術管理辦公室授權給Auragent Bioscience LLC。Singamaneni和Morrissey是WashU初創(chuàng)公司Auragent的聯(lián)合創(chuàng)始人之一。

“我們預計在未來一到兩年內將p-LFAs商業(yè)化，”Singamaneni說。“目前，我們正在努力改進我們的便攜式掃描儀技術，除了肉眼可以看到的顏色變化外，它還為試紙增加了更靈敏的熒光讀取能力。我們認為我們可以將成本降低到美國和國外的農村診所可以使用的程度，這是我們最初的目標之一。

Singamaneni補充說：“我們也對檢測比COVID更多的疾病的潛力感到興奮，可能使用可以采集無痛樣本的皮膚貼片。“這項技術有可能檢測任何數(shù)量的疾病，從性傳播感染到呼吸道感染等等，以及指示類風濕性關節(jié)炎和敗血癥等疾病中炎癥的細胞因子。

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