När covid-19 attacker, immunsystemet producerar ett cytokin, eller protein, kallas Interleukin-6 (IL-6), vars koncentrationer kan ge viktig information om en patients nivå och infektionsstadium.

Men att mäta den kritiska markören har varit extremt utmanande, med tanke på dess nästan oupptäckbara närvaro i den biologiska gryta som utgör mänskligt blod. Befintlig teknologi har inte varit noggrann eller känslig nog för att mäta koncentrationer av IL-6 tillräckligt bra för att vara tillförlitlig, speciellt i låga koncentrationer.

Nu har forskare vid McMaster University och SQI Diagnostics skapat en yta som stöter bort alla andra element i mänskligt blod utom det kritiska cytokinet, öppna ett fönster i rätt tid för att förstå utvecklingen av covid-19 hos enskilda patienter.

McMaster-forskarna arbetar med att anpassa tekniken till Toronto-företagets befintliga testplattformar, i hopp om att få den till klinisk användning så snart som möjligt. Samma biosensingteknik kan också användas för att mäta andra infektionssjukdomar och icke-infektionssjukdomar, inklusive vissa cancerformer.

Den innovativa ytbeläggningen är gjord för att stöta bort varje komponent i blodet och andra komplexa vätskor som urin, men är prickad med mikroskopiska öar av molekyler som attraherar IL-6, gör det möjligt att detektera och mäta IL-6 med oöverträffad noggrannhet och känslighet, i koncentrationer så låga som 0,5 pikogram per ml – eller en halv biljondels gram per ml – vilket gör den mycket känsligare än befintlig teknik.

Det är den senaste tillämpningen av smart-ytor-teknik som kommer från Tohid Didars laboratorium, en maskinteknikprofessor vid McMaster som nyligen har varit involverad i projekt för att skapa en reaktiv tagg för livsmedelsförpackningar som indikerar förekomsten av skadliga patogener, en form av inpackning som kan stöta bort antimikrobiella resistenta bakterier och en beläggning för kirurgiska implantat som kan stöta bort infektion samtidigt som den attraherar celler som främjar integration med omgivande vävnad.

"Det finns så många möjligheter för dessa smarta ytor. Vi kan skapa dem för att stöta bort allt, eller så kan vi designa dem för att interagera på många fördelaktiga sätt, " säger Didar. "Här, vi letar efter något, och bara den ena saken, och detta tillåter oss att separera det från allt annat i en mycket komplex miljö."

Den nya smarta ytan för att detektera IL-6 kan skrivas ut billigt på insidan av provrör och på andra plattformar som används vid diagnostiska tester. Efter att ett blodprov har exponerats för ytan och avlägsnats, den fångade IL-6 kan lätt mätas.

"Tekniken var utmanande att skapa, men det är lätt att använda i många applikationer, inklusive i testkit som redan finns, " säger medförfattaren Amid Shakeri, en Ph.D. student i Didars labb. "Jag är väldigt glad att vi faktiskt kan vara involverade i något som kan vara viktigt för mänskligheten, och jag hoppas att vi kan få in det här i kliniska miljöer mycket snart."

"Vårt samarbete med McMaster University har öppnat en innovativ väg till en lågkostnadsdesign för tillverkning för att möjliggöra prisvärd och noggrann diagnostik, speciellt för testning i covid-19-pandemin", sa Dr. Eric Brouwer, Chief Scientific Officer för SQI Diagnostics.

En artikel som introducerar tekniken publiceras idag i tidskriften Små .