آزمایش جدید از فناوری نانو و هوش مصنوعی برای تشخیص سل در کودکان استفاده می کند

سل دومین عامل شایع مرگ ناشی از بیماری های عفونی در سراسر جهان است که اخیراً توسط COVID-19 جایگزین شده است.

 

این بیماری به ویژه در کودکان کم سن و سال، به ویژه مبتلایان به HIV کشنده است. از ربع میلیون کودک کمتر از 15 سال که هر ساله به دلیل سل می میرند، بیش از 80 درصد آنها کمتر از 5 سال دارند. تقریباً در همه این موارد، 96 درصد تشخیص داده نشده بود.

 

دکتر سیلویا ام. لاکورس، یکی از نویسندگان این مطالعه، استادیار گروه پزشکی و بهداشت جهانی دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن، گفت: «این یک تراژدی است زیرا وقتی کودکان تشخیص داده می‌شوند و تحت درمان قرار می‌گیرند، عملکرد خوبی دارند. “اما ما باید اول آنها را پیدا کنیم.”

 

آزمایش خون جدید با استفاده از فناوری نانو به دانشمندان اجازه می دهد حتی اجزای بسیار کوچک باکتری عامل سل، مولکولی به نام لیپوآرابینومانان (LAM) و پروتئین مرتبط به نام LprG را ببینند.

 

این مولکول‌ها را می‌توان در خون افراد مبتلا به سل در کیسه‌های کوچک متصل به غشاء به نام وزیکول‌های خارج سلولی یافت. سلول‌های ما دائماً چنین وزیکول‌هایی را می‌ریزند، که یکی از راه‌های دفع مواد ناخواسته است. 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.” یک نمونه خون ممکن است دارای میلیاردها وزیکول باشد که تنها چند صد تای آن از ماکروفاژهای آلوده به سل گرفته شده است.

 

برای شناسایی این وزیکول ها، هو و همکارانش نانوذرات را با آنتی بادی هایی پوشش دادند که LAM و LprG را به هم متصل می کنند. اگر خون حاوی وزیکول های LAM یا LprG باشد، آنتی بادی ها به مولکول ها متصل می شوند که در 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.

 

محققان دریافتند که این آزمایش کاملاً حساس بود: در 89 درصد از کودکانی که سل را تأیید می‌کردند، به طور دقیق سل را تشخیص داد. و 74% دیگر 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 ما از دست داده‌اند، 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.

 

محققان در حال ارزیابی این روش در مطالعات آینده نگر کودکان مشکوک به سل هستند.

 

برای توسعه این آزمایش، تولین یک همکاری بین‌المللی شامل 24 سازمان تحقیقاتی مختلف، از جمله دانشگاه واشنگتن، دانشگاه اموری، دانشگاه میامی، دانشگاه ایالتی لوئیزیانا، بیمارستان متدیست هیوستون و همکاران در جمهوری دومینیکن، کینا و ویتنام را رهبری کرد.