آزمایشگاه هاصنعت و بازار

استفاده از فناوری نانو و هوش مصنوعی برای تشخیص سل در کودکان

تیمی از محققان بین‌المللی گزارش می‌دهند که تکنیکی که فناوری نانو را با هوش مصنوعی ترکیب می‌کند، می‌تواند بیماری سل را در کودکانی که در غیر این صورت ممکن است این بیماری کشنده در آنها شناسایی نشود، تشخیص دهد.

سل دومین عامل شایع مرگ و میر ناشی از بیماری های عفونی در سراسر جهان است. اخیراً توسط SARS-CoV-2، ویروسی که در پشت COVID-19 قرار دارد، از جایگاه اول خارج شده است. هر سال بیش از 10 میلیون نفر به سل مبتلا می شوند و سل بیش از 1.5 میلیون نفر را می کشد.

این بیماری به ویژه در کودکان خردسال، به ویژه آنهایی که قبلاً به HIV آلوده شده اند، کشنده تر است، ویروسی که می تواند منجر به ایدز شود. از 250.000 کودک زیر 15 سال که هر ساله بر اثر سل می میرند، بیش از 80 درصد آنها کمتر از 5 سال دارند. تقریباً در 96 درصد این موارد، جوانان تشخیص داده نشده بودند.

صدای پس زمینه (سمت چپ) وجود اجزای غشای سل را در خون پنهان می کند. در سمت راست، هوش مصنوعی نویز را حذف کرده است و تشخیص را تأیید می کند.
صدای پس زمینه (سمت چپ) وجود اجزای غشای سل را در خون پنهان می کند. در سمت راست، هوش مصنوعی نویز را حذف کرده است و تشخیص را تأیید می کند.

سیلویا ام. لاکورس، استادیار پزشکی و بهداشت جهانی در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن، گفت: «این یک تراژدی است زیرا وقتی کودکان تشخیص داده می‌شوند و تحت درمان قرار می‌گیرند، خوب درمان می شوند.اما ابتدا باید آنها را پیدا کنیم.»

لاکورس بخش بالینی مطالعه جدید را رهبری کرد. تونی یه هو، استاد بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی، مهندسی زیست پزشکی و میکروبیولوژی در دانشگاه تولان. به رهبری توسعه آزمون. ونشو ژنگ، دانشمند پژوهشی در Tulane، نویسنده اصلی این مقاله بود که در Nature Biomedical Engineering منتشر شده است.

دو دلیل عمده وجود دارد که چرا تشخیص سل در کودکان دشوار است. متداول‌ترین آزمایش‌های مورد استفاده نیاز به نمونه خلط دارند که در کودکان به سختی می‌توان دریافت کرد. حتی زمانی که نمونه‌ها به دست می‌آیند، شناسایی باکتری‌ها سخت‌تر می‌شود، زیرا خلط حاوی نسبتاً کمی از باکنری است.

آزمایش جدید از ویژگی نوری نانوذرات طلا بهره می برد. این ویژگی به دانشمندان اجازه می دهد تا ببینند چه زمانی نانوذرات با مقادیر بسیار کمی از یک ماده هدف تعامل می کنند. در این مورد، هدف دو جزء از غشای خارجی باکتری عامل سل، مایکوباکتریوم توبرکلوزیس بود. آنها یک مولکول به نام لیپوآرابینومانان (LAM) و یک پروتئین مرتبط به نام LprG هستند.

این مولکول‌ها را می‌توان در خون افراد مبتلا به سل در کیسه‌های کوچک متصل به غشاء به نام وزیکول‌های خارج سلولی یافت. سلول های ما دائماً چنین وزیکول هایی را می ریزند. این فرآیند یکی از راه هایی است که سلول ها مواد ناخواسته را دفع می کنند. در مورد سل، سلول‌های ایمنی به نام ماکروفاژها که سل را در خود فرو می‌برند و تلاش می‌کنند تا سل را هضم کنند، وزیکول‌های پوشیده شده با LAM و LprG را دفع می‌کنند.

هو گفت: «مشکل این است که هر سلول در بدن ما روزانه هزاران وزیکول تولید می کند، بنابراین یک نمونه خون ممکن است میلیاردها وزیکول داشته باشد که تنها چند صد تای آن از ماکروفاژهای آلوده به سل گرفته شده است.»

برای شناسایی این وزیکول ها، هو و همکارانش نانوذرات طلا را با قطر 50 نانومتر با آنتی بادی هایی پوشش دادند که به LAM و LprG متصل می شوند. اگر خون حاوی وزیکول های LAM یا LprG باشد، آنتی بادی ها به مولکول ها متصل می شوند. پیوند خواص نوری نانوذرات را تغییر می دهد. تغییر زیر میکروسکوپ قابل مشاهده است.

برای حساس‌تر کردن این آزمایش، محققان همچنین یک الگوریتم هوش مصنوعی ایجاد کردند که هرگونه نویز پس‌زمینه‌ای را که سایر مواد روی سطوح نانوذرات ممکن است ایجاد کنند، حذف می‌کند. این فرآیند خودکار همچنین امکان تجزیه و تحلیل سریع نمونه ها را فراهم می کند.

در ارزیابی این روش، محققان خون حیوانات آلوده به سل را آزمایش کردند. آنها دریافتند که نه تنها می توانند به طور قابل اعتماد عفونت سل را تشخیص دهند، بلکه می توانند تشخیص دهند که آیا عفونت فعال است یا در حالت نهفته خاموش و کم خطر، اطلاعاتی که می تواند برای هدایت درمان استفاده شود.

آنها برای اینکه ببینند این آزمایش در بیماران چقدر کار می کند، نمونه های خون جمع آوری شده از مطالعات قبلی انجام شده در کودکان مبتلا به HIV در ویتنام، جمهوری دومینیکن و کنیا را آزمایش کردند. کودکان مبتلا به HIV معمولاً به شدت سرکوب شده از سیستم ایمنی هستند و بنابراین در معرض خطر بسیار بالایی برای ابتلا به سل هستند.

محققان دریافتند که این آزمایش کاملاً حساس بود: این آزمایش به طور دقیق سل را در 39 نفر از 44 (89٪) از کودکانی که مشخص شده بود سل را تأیید کرده بودند، تشخیص داد. و 57 نفر دیگر از 77 (74٪) از کودکان مبتلا به سل تایید نشده را شناسایی کرد که آزمایشات استاندارد را از دست داده بودند.

این نتایج اولیه برای تشخیص سل اطفال با استفاده از حجم کم خون، از جمله در میان کودکانی که در آزمایش‌های معمول مبتنی بر خلط از دست رفته اند، کاملاً امیدوارکننده است. لاکورس گفت: سطح نشانگرهای زیستی نیز پس از شروع درمان کاهش یافت و پتانسیل آزمایش را به عنوان راهی برای نظارت بر پاسخ به درمان برجسته کرد. مطالعات برای ارزیابی سنجش در مطالعات آینده نگر کودکان مشکوک به سل ادامه دارد.

اگرچه آزمایش فعلی هنوز به یک آزمایشگاه پیچیده برای انجام نیاز دارد، هو گفت که در حال تطبیق است تا بتوان آن را در جامعه با گوشی هوشمند انجام داد.

سل یک بیماری است که عمدتاً در مناطق با منابع محدود یافت می شود. ایده آل این است که یک روش مبتنی بر گوشی هوشمند ایجاد کنیم که بتوان از آن در نقطه مراقبت در این تنظیمات استفاده کرد.»

 

منبع  statnano.com

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا