ساخت یک ابزار شناسایی فوق سریع ویروس با الهام از نور جانوران

دانشمندان با الهام از نور طبیعی جانوران، ابزار تشخیصی فوق‌حساس و قابل‌ حملی برای شناسایی سریع ویروس طراحی کردند.

به گزارش تک‌ناک، یکی از شگفتی‌های جهان طبیعی، جانورانی هستند که به‌ طور طبیعی نور تولید می‌کنند؛ فرایندی که در آن واکنش‌های شیمیایی درونی باعث تولید نور زیستی (بیولومینسانس) می‌شود. سال‌ها است که دانشمندان تلاش می‌کنند این توانایی شگفت‌انگیز را شبیه‌سازی کنند و آن را برای اهداف پزشکی و تشخیصی به کار بگیرند.

پژوهشگران مرکز Mass General Brigham با تغییر فرمول واکنش شیمیایی تولید نور، موفق به ساخت یک ابزار تشخیصی شده‌اند که ۵۱۵ برابر درخشان‌تر از نمونه‌های قبلی است. همچنین این ابزار ۸ برابر دوام بیشتری دارد و پس از یک ساعت، ۹۶ درصد از نور خود را حفظ می‌کند. این پیشرفت بزرگ در فناوری تشخیص، موانع قبلی را کنار زده و مسیر را برای شناسایی سریع و دقیق عوامل بیماری‌زا هموار کرده است.

معرفی ابزار LUCAS برای شناسایی سریع ویروس

این ابزار که با عنوان LUCAS  (Luminescence CAscade-based Sensor) شناخته می‌شود، از دو مولکول‌ طبیعی تشکیل‌دهنده‌ بیولومینسانس استفاده می‌کند، که عبارت‌انداز:

• لوسیفرین: مولکول نورافشان است.
• لوسیفراز: آنزیمی که با لوسیفرین واکنش می‌دهد و نور تولید می‌کند.

اما آنچه LUCAS را متفاوت می‌کند، افزودن آنزیم سومی به نام بتا-گالاکتوزیداز است. این آنزیم به لوسیفرین متصل می‌شود و روند انتشار نور را به‌ صورت کنترل‌شده تنظیم می‌کند، در نتیجه شدت نور بیشتر و پایداری آن نیز طولانی‌تر می‌شود.

به‌کمک این طراحی نوآورانه، LUCAS می‌تواند ذرات ویروسی کوچک و سخت‌یاب را تنها با یک واکنش شناسایی و آشکار کند.

تشخیص ویروس در کمتر از ۲۵ دقیقه

دکتر هادی شفیعی، نویسنده ارشد این پژوهش، اهمیت این دستاورد را چنین بیان کرد:

«توسعه ابزارهای تشخیصی مؤثر بسیار دشوار است؛ به‌ویژه زمانی که با ذرات ریز بیماری‌زا در مایعات پیچیده زیستی مانند خون سروکار داریم. پیدا کردن یک ذره‌ HIV در خون، مثل پیدا کردن سوزن در انبار کاه، آن هم با چشمان بسته است. ابزار LUCAS جهشی بزرگ در شناسایی ویروس‌ها محسوب می‌شود.»

پژوهشگران این ابزار را روی ۱۷۷ نمونه بیمار آلوده به ویروس و ۱۳۰ نمونه سرم خون حاوی ویروس آزمایش کردند. این نمونه‌ها شامل ویروس‌های مختلفی مانند موارد زیر بودند:

• SARS-CoV-2 (عامل بیماری کووید-۱۹)
• HIV (ویروس نقص ایمنی انسانی)
• HBV (ویروس هپاتیت B)
• HCV (ویروس هپاتیت C)

نمونه‌های کووید از طریق نمونه‌برداری از بینی و سایر ویروس‌ها از طریق آزمایش خون جمع‌آوری شدند.

ابزار LUCAS توانست در مدت میانگین ۲۳ دقیقه ویروس‌ها را با دقتی بالای ۹۴ درصد شناسایی کند.

کاربردهای آینده

پژوهشگران قصد دارند از LUCAS برای شناسایی ویروس‌ها در مایعات زیستی دیگر (مانند بزاق، ادرار یا مایع نخاعی) نیز استفاده کنند. همچنین آنها در حال بررسی توانایی این ابزار در تشخیص هم‌زمان چند ویروس در یک نمونه منفرد هستند.

جالب‌تر اینکه LUCAS می‌تواند در آینده برای شناسایی نشانگرهای زیستی سایر بیماری‌ها، از جمله آلزایمر نیز به‌کار رود.

دکتر سونگوان کیم، از دیگر پژوهشگران این مطالعه گفت: «ما همیشه به‌دنبال شناسایی زودهنگام بیماری‌ها هستیم، چرا که این موضوع می‌تواند تفاوت بزرگی در روند درمان و نتایج درازمدت ایجاد کند. با تمرکز بر توسعه ابزارهای تشخیصی حساس، دقیق و قابل‌دسترسی، امیدوار هستیم که تشخیص زودهنگام بیماری‌ها را از همیشه ساده‌تر کنیم و عصر جدیدی در مراقبت شخصی ایجاد نماییم.»