Tänk om läkare inte bara kunde diagnostisera en covid-19-infektion utan också identifiera vilka patienter som löper störst risk att dö innan några större komplikationer uppstår? En forskare från Michigan State University tror att nanoteknik kan vara svaret.

I en ny tidning, Morteza Mahmoudi, biträdande professor vid avdelningen för radiologi, Precision Health Program vid MSU:s College of Human Medicine, föreslagit en diagnostisk plattform som använder antingen nanopartiklar eller magnetisk levitation för att diagnostisera infektion och bedöma framtida risker.

"En sådan teknik skulle inte bara vara användbar för att skydda vårdcentraler från att bli överväldigade, " Mahmoudi sa, "men skulle också kunna förhindra allvarlig brist på sjukvårdsresurser, minimera dödstalen och förbättra hanteringen av framtida epidemier och pandemier."

Konceptet är baserat på de varierande nivåerna av infektion och sjukdomsstadier som förändrar sammansättningen av biologiska vätskor såsom tårar, saliv, urin och plasma. Olika infektioner och sjukdomar skapar olika mönster som är specifika för virusbelastningen och sjukdomsstadiet, något som liknar ett fingeravtryck. Mahmoudi sa att att kunna identifiera och katalogisera dessa mönster skulle vara nyckeln till alla genombrott inom diagnostisk teknik.

Att börja, en patients biologiska vätska förs in i en liten samling nanopartiklar som är mindre än en tusendel av diametern på ett människohår. Den unika ytan på partikeln samlar proteiner, lipider och andra molekyler från vätskorna i ett mönster som Mahmoudi refererar till som en biomolekylär korona, eller krona.

"Genom att analysera sammansättningen av kronorna på ytan av små partiklar tillsammans med statistiska tillvägagångssätt, plattformen kan tillhandahålla ett "fingeravtryck"-mönster för patienter som kan löpa en risk att dö efter att ha blivit smittade av covid-19, sa Mahmoudi.

Nyckeln till dessa två nya diagnostiska plattformar är deras enkelhet, som möjliggör utplacering av enheter på plats där patienter vårdas. Och eftersom de nödvändiga patientproverna är lättillgängliga kroppsvätskor, expertmedicinska fackmän skulle inte krävas för att administrera testet.

För att använda mönster som identifierats som pålitliga 'fingeravtryck, " Mahmoudi föreslog att enheten skulle inrymma en svit av små sensorteknologier - som en "optoelektronisk näsa" - som kan avbilda testresultaten och ge en diagnos. "Den föreslagna plattformen skulle kunna ge en känslig, lättanvänt optiskt system för att exakt identifiera COVID-19-infekterade patienter med hög risk för dödsfall."

Mahmoudi föreslog också en annan teknik baserad på ett nyligen genomfört genombrott inom nanopartikelbaserad magnetisk levitation, eller MagLev för kort. Den innovativa metoden suspenderar patientplasmaprover i en lösning av magnetiska nanopartiklar. Över tid, distinkta band av proteiner bildas, separera genom densitet. Ungefär som proteinkronan, dessa unikt formade band av proteiner skapar distinkta och pålitliga mönster som är användbara för fingeravtryckssjukdomar och stadier av infektion.

Mahmoudi fann att "MagLev optiska bilder av leviterade proteiner, utsätts för maskininlärningsanalys, erbjuda värdefull information om individens hälsotillstånd." Han är säker på teknikens diagnostiska kapacitet för patienter med hög risk att dö av covid-19.

"Sådan nanoteknik för tidig identifiering av högriskpatienter kan förhindra allvarlig brist på sjukvårdsresurser, minimera dödstalen och förbättra hanteringen av framtida epidemier och pandemier, sa Mahmoudi.

Pappret, "Ny nanoteknik för att bedöma risken för dödlighet från covid-19-infektion, " dyker upp i Molecular Pharmaceutics .