Ett team av forskare från Colorado State University har utvecklat teknologi som kan upptäcka extremt små mängder antikroppar i en persons blod. Antikroppar utvecklas för att infektera celler eller döda patogener, i huvudsak bekämpa en bakterie eller virus. Nivåerna av antikroppar i blodet kan avgöra om den personen är sjuk.

Med hjälp av en liten tråd som är en fjärdedel av storleken på ett människohår, forskarna utvecklade en sensor som kan upptäcka så få som 10 antikroppsmolekyler inom 20 minuter. Standard medicinska tester kräver miljarder eller biljoner antikroppsmolekyler för upptäckt och kan ta upp till en dag att bearbeta.

Denna typ av kostnadseffektiva instrument kan hjälpa läkare att behandla sjukdomar tidigare hos människor och kan användas i miljöer med låga resurser.

Resultat från teamets forskning kommer att publiceras den 15 april Biosensorer och bioelektronik . Studien, "En ultrakänslig kapacitiv mikrotrådssensor för patogenspecifika serumantikroppssvar, " publiceras i förväg online.

Begränsningarna för standard medicinska tester

För närvarande, de flesta amerikanska läkarmottagningar och sjukhus använder ELISA-testet för att avgöra om en person har en virusinfektion eller inte. ELISA står för enzym-linked immunosorbent assay.

Det är ett vanligt test, men ELISA:s känslighet är relativt låg, sa Brian Geiss, en senior författare på studien och en docent vid institutionen för mikrobiologi, Immunologi, och patologi. Det betyder att läkare behöver ett ganska stort antal antikroppar i en persons blod för att få ett positivt testresultat. Det tar också ofta sju till 10 dagar efter en infektion för testet att registreras.

I slutsekunderna

Genom att använda vad Geiss beskrev som mycket enkel teknik, forskargruppen fäste kemiskt proteiner relaterade till zika- och chikungunya-virus till billiga små guldtrådar. Dessa speciella virus, tillsammans med West Nile och dengue, överförs av infekterade myggor. Medicinska laboratorier använder dessa proteiner i ELISA-tester för att leta efter antikroppar som har utvecklats för att bekämpa infektioner.

Nästa, de ledde en elektrisk ström genom ledningen, skapar en laddning på kabeln som liknar den för ett batteri.

Forskarna lade sedan till antikroppar för att binda till virusproteinerna på tråden, vilket ökade massan på utsidan av tråden. Detta ökade också trådens förmåga att hålla laddningen. De mätte sedan förändringen i massa för att kvantifiera antalet antikroppar på ytan av tråden.

Tre forskare, tre olika högskolor

Forskningen bygger på arbete från professor Chuck Henrys labb vid institutionen för kemi. Henry, en medförfattare på tidningen, och hans labb har utvecklat flera enkla, billiga elektrokemiska apparater under de senaste 10 åren.

Professor David Dandy, också en senior författare på tidningen och chef för Institutionen för kemi- och biologisk teknik, sa att han var förvånad över enhetens känslighet.

"Vi fann att vi kunde få mycket hög specificitet för att bekräfta en virusinfektion, " sa Dandy. Dessutom, forskargruppen såg ingen reaktion eller reaktivitet från antikroppar som riktade sig mot andra virus, vilket ibland kan leda till falskt positiva testresultat.

Forskarna tog var och en unik kompetens och expertis till bordet för detta projekt, vilket ledde till gruppens framgång.

"Den här typen av forskningsprojekt är något som ingen av oss skulle kunna göra på egen hand, sa Geiss, lägga till, "vi samordnade våra ansträngningar för att komma fram till nya lösningar på problem som vi hoppas så småningom kommer att användas i kliniska miljöer."

Forskargruppen hoppas nu kunna kombinera denna upptäckt med virusdetektionsforskning som de tidigare publicerat för att skapa ett enda system som kan detektera både virus och antikroppar mot virusen i patientprover.

"Vi hoppas att det kan användas för vårdcentralsdiagnostik, och att det kan utvecklas till ett kompakt handhållet system som kan användas på kliniken eller i resursbegränsade områden, sa Geiss.

Denna typ av anordning kan också användas i jordbruksmiljöer för övervakning av boskapssjukdomar och miljöavkänning.

Lei Wang, som nyligen doktorerade från CSU genom School of Biomedical Engineering och nu är postdoktor vid Massachusetts Institute of Technology, är huvudförfattaren till studien.

Jessica Filer, som nyligen doktorerade från CSU genom programmet Cell and Molecular Biology, och Meghan Lorenz, en forskarassistent, är också medförfattare till studien.