U značajnom napretku za medicinsku dijagnostiku na mestu nege, tim istraživača sa UCLA je uveo test vertikalnog protoka (VFA) sa poboljšanim dubokim učenjem koji je sposoban da detektuje srčani troponin I (cTnI) sa visokom osetljivošću. Inovativni test ima potencijal da demokratizuje pristup brzoj i pouzdanoj dijagnostici srca, posebno u okruženjima sa ograničenim resursima.
Kardiovaskularne bolesti (KVB) ostaju vodeći uzrok smrti širom sveta, čineći preko 19 miliona smrtnih slučajeva godišnje. Rano otkrivanje akutnog infarkta miokarda (AMI), obično poznatog kao srčani udar, je od suštinskog značaja za poboljšanje ishoda pacijenata i smanjenje stope mortaliteta. Međutim, visoki troškovi i infrastrukturni zahtevi povezani sa tradicionalnom laboratorijskom dijagnostičkom opremom često ograničavaju pristup visokokvalitetnoj nezi, posebno u regionima sa niskim i srednjim prihodima.
Da bi odgovorili na ovaj izazov, istraživači UCLA su razvili visokoosetljiv test vertikalnog protoka (hs-VFA) koji kombinuje preciznost tradicionalnog laboratorijskog testiranja sa praktičnošću i pristupačnošću tehnologija na mestu lečenja. Njihovi nalazi, detaljno opisani u nedavno objavljenom radu u ACS Nano, pokazuju da ova inovativna platforma može precizno kvantifikovati nivoe cTnI za samo 15 minuta koristeći mali uzorak seruma, što je čini idealnom za brzu dijagnostiku u hitnim situacijama ili udaljenim lokacijama.
Srž ove platforme leži u integraciji algoritama dubokog učenja sa najsavremenijom hemijom amplifikacije nanočestica. Sistem hs-VFA koristi vremensko snimanje i kompjutersku analizu da poboljša detekciju cTnI — ključnog biomarkera za srčano oštećenje — postižući granicu detekcije od samo 0,2 pikograma po mililitru (pg/mL). Ovaj nivo osetljivosti značajno prevazilazi trenutne uređaje na mestu pružanja nege i ispunjava kliničke zahteve za visokoosetljivo testiranje troponina, što je neophodno za ranu dijagnozu AMI.
„Uzbuđeni smo što predstavljamo ovo jeftino, prenosivo rešenje koje premošćuje jaz između centralne laboratorijske dijagnostike i testiranja na licu mesta“, rekao je profesor Ajdogan Ozkan, stariji autor studije i Volgenau katedra za inženjerske inovacije na UCLA. . „Naša platforma zasnovana na papiru, zasnovana na dubokom učenju, nudi efikasnu alternativu glomaznim, skupim instrumentima koji se trenutno koriste u bolnicama. Ona obećava da će naprednu dijagnostiku srca doneti populaciji koja nema dovoljno usluga širom sveta.“
Sistem hs-VFA radi u dve faze: početna faza imunoeseja nakon čega sledi faza pojačanja signala. U fazi imunotestiranja, test koristi konjugate zlatnih nanočestica da se vežu za cTnI u serumu. U fazi pojačanja signala, joni zlata katalizovani su nanočesticama, što rezultira promenom boje koju hvata prilagođeni, prenosivi čitač. Algoritmi dubokog učenja zatim analiziraju ove vremenske slike kako bi poboljšali osetljivost i tačnost detekcije cTnI.
U rigoroznom testiranju korišćenjem uzoraka seruma sa dodacima i kliničkim uzorcima, hs-VFA je pokazao visoku preciznost sa koeficijentom varijacije (CV) manjim od 7%. Takođe je pokazao snažnu korelaciju sa laboratorijskim analizatorima zlatnih standarda. Važno je da je hs-VFA takođe pokazao širok dinamički opseg, pokrivajući koncentracije cTnI od 0,2 pg/mL do 100 nanograma po mililitru (ng/mL). Ovaj opseg ga čini pogodnim ne samo za dijagnostikovanje srčanih udara, već i za praćenje rizičnih pacijenata tokom vremena.
Ekonomičnost ove platforme je još jedan ključni naglasak. Test baziran na papiru košta manje od 4 dolara po testu, dok prenosivi čitač, dizajniran korišćenjem računara Raspberri Pi i dostupnih komponenti, košta oko 170 dolara po jedinici. Ova pristupačnost je ključna za proširenje pristupa visokokvalitetnoj dijagnostici u okruženjima sa niskim resursima, gde tradicionalna laboratorijska infrastruktura može biti nedostupna.
„Naš cilj je bio da dizajniramo sistem koji bi mogao da se koristi ne samo u bolnicama već i u klinikama, apotekama, pa čak i u vozilima hitne pomoći“, rekao je dr Gjeo-Re Han, prvi autor studije i postdoktorski istraživač na UCLA. „Sposobnost brzog otkrivanja i kvantifikacije nivoa troponina u različitim okruženjima mogla bi omogućiti brži, efikasniji tretman pacijenata sa srčanim udarom, posebno tokom kritične prehospitalne faze nege.“
Osim srčane dijagnostike, istraživači veruju da bi hs-VFA platforma mogla biti prilagođena za druge kritične biomarkere male količine, proširujući svoju potencijalnu primenu na različite oblasti medicinske dijagnostike. Prenosivost, jednostavnost i pristupačnost platforme pozicioniraju je kao održivu alternativu centralizovanom laboratorijskom testiranju za mnoge uslove, nudeći nadu za poboljšane zdravstvene rezultate na globalnom nivou.
