ננו-גולד לוכד מחלות תוך 15 דקות: NasRED קורא מאות מולקולות בטיפת דם אחת

חברת ACS Nano תיארה בדיקת אבחון ניידת בשם NasRED ( זיהוי אלקטרוני מהיר הנתמך על ידי ננו-חלקיקים ): היא משתמשת בננו-חלקיקי זהב ובקריאה אלקטרו-אופטית כדי לזהות אנטיגנים ונוגדנים לזיהומים בריכוזים נמוכים במיוחד - עד לרמה הסאב-פמטומולרית/אטומולרית. בדיקות ל-COVID-19 הראו הבחנה מדויקת מזיהומים אחרים, זמן התגובה היה כ-15 דקות, ועלות הבדיקה הייתה כ-2 דולר. לדברי המחברים, הרגישות גבוהה פי 3000 מ-ELISA, נדרשת פי 16 פחות דגימה, והתוצאה מהירה פי 30.

רֶקַע

• מדוע שוב אבחון PoC וכיצד למדוד את הצלחתו. בפועל, יש צורך בבדיקות נקודתיות (באתר, מהירות, זולות) העומדות בקריטריונים של ASSURED/RESSURED: משתלמות, רגישות, ספציפיות, ידידותיות למשתמש, מהירות/חזקות, ללא ציוד/פשוטות, מסופקות בתוספת קישוריות בזמן אמת וקלות איסוף דגימות. רוב הבדיקות ה"ביתיות" עדיין אינן מכסות את כל הנקודות, במיוחד "S" - רגישות. מכאן המירוץ אחר שיטות שיספקו רמת רגישות מעבדתית ללא מעבדה.
• איפה שהקלאסיקות נתקעות.
  • רצועות LAT (בדיקות אנטיגן) הן מהירות וזולות, אך הרגישות כנגד PCR בינונית ותלויה מאוד בעומס הנגיפי/זמן המחלה; אפילו הערכות הטובות ביותר לעיתים קרובות אינן מגיעות לרגישות "מעבדתית".
  • בדיקת ELISA מדויקת אך דורשת ריאגנטים, מכונות שטיפה/קוראים, אינקובציות - מדובר בשעות עבודה ומעבדה; גרסאות "משופרות" קיימות מורידות ספים, אך במחיר של מורכבות הפרוטוקול. עבור סינון בשטח, אלו מהווים חסמים.
• מדוע להשתמש בננו-חלקיקי זהב? ננו-חלקיקי זהב (ANPs) הם סוס העבודה של חיישני ביולוגיה: יש להם תגובה פלסמונית בולטת (שינויים בספיגה/פיזור בעת צבירה או כאשר הסביבה משתנה), כימיה נוחה של פני השטח לצמידת חלבונים/אפטמרים, ויציבות טובה. זה מאפשר בניית בדיקות שבהן הקישור "מולקולה מנותחת ↔ ננו-חלקיק" מומר לאות אופטי/אלקטרוני ללא אופטיקה מורכבת.
• קריאה אלקטרו-/אופטו-אלקטרונית כצעד קדימה. המפתח ל-PoC הוא פישוט הגילוי: במקום ספקטרופוטומטרים גדולים, השתמשו ב-LED + חיישן פוטואלקטרוניקה/אלקטרוניקה פשוטים וקראו את השינוי בשקיפות/פיזור או "שקיעה" של ננו-חלקיקים פונקציונליים בעת קשירת המטרה. סכמות כאלה מספקות טווח דינמי גדול וזמן תגובה מהיר תוך שמירה על גבולות גילוי נמוכים. כאן NasRED משתלב.
• מדוע חשוב להיות מסוגלים לראות גם אנטיגנים וגם נוגדנים? עבור זיהומים בשלבים שונים, חלק מהמטרות אינפורמטיביות יותר מאחרות: אנטיגן לזיהום פעיל מוקדם, נוגדנים לעובדת זיהום בעבר/נוכחי עם סרו-המרה או הערכת התגובה החיסונית. פלטפורמות ש"מתקדמות" באופן מודולרי מאנטיגנים לנוגדנים (וחזרה) מתרחבות מהר יותר עבור פתוגנים/משימות חדשות.
• ההקשר של מאמר זה. בהדגמה על SARS-CoV-2, NasRED הדגים זיהוי של רמות תת-פמטומולריות של אנטיגנים/נוגדנים תוך כ-15 דקות ממיקרו-נפח (כ-6 מיקרוליטר) והבחנה מדויקת בין COVID-19 לזיהומים אחרים; נטען כי הפלטפורמה ניתנת להתאמה לרעלים, סמני גידול וכו'. זה סוגר את הפער בין ה"רצועה" למעבדה מבחינת רגישות ומהירות. התוצאה היא פוטנציאל לגילוי מוקדם בשכיחות נמוכה ובסביבות בעלות משאבים נמוכים.
• אבל רגישות יתר מגיעה גם עם סיכונים. ככל שהסף נמוך יותר, כך גדלות הדרישות לטוהר, בקרת תגובות צולבות וניהול חיובי שגוי. לכן, כל "מטרה" חדשה בפלטפורמה דורשת אימותים קליניים נפרדים ובדיקות מאמץ לאפקטים של מטריקס (דם, רוק, אף-לוע) ויציבות של מוצרים מתכלים בשרשראות אספקה אמיתיות.
• מדוע זהו כיוון הגיוני להתפתחות הבדיקות. התחום כבר למד "לשבור" מחסומים פיקומולריים (ELISA דיגיטלי, פורמטים משופרים של LF), אך לרוב במחיר של ציוד יקר/פרוטוקולים מורכבים. פלטפורמות AuNP עם קריאה אלקטרונית פשוטה מבקשות לשלב רגישות גבוהה עם חומרה זולה - בדיוק מה שקריטריוני ASSURED/REASSURED דורשים.

איך זה עובד

• חלקיקי זהב ננומטריים מצופים במולקולות זיהוי. כדי לחפש חלבון ויראלי, משתמשים בנוגדנים; כדי ללכוד את הנוגדנים של המטופל, משתמשים באנטיגנים ויראליים.
• חלקיקים אלה מתווספים לדגימה זעירה (טיפת דם/רוק/נוזל אף). אם הדגימה מכילה מטרה, רוב הננו-חלקיקים נדבקים זה לזה ושוקעים בתחתית המבחנה. אם אין מטרה, התרחיף נשאר עכור.
• המכשיר מעביר קרן LED דרך החלק העליון של הנוזל וחיישן אלקטרוני מודד כמה אור עובר דרכו: יותר אור = חלקיקים "נפלו", כלומר יש מטרה. כל זאת ללא אופטיקה מגושמת והכנת דגימה מסובכת.

מה בדיוק הוצג ביצירה החדשה

• COVID-19: NasRED זיהה באופן אמין אנטיגנים ונוגדנים של SARS-CoV-2 ברמות בהן שיטות סטנדרטיות נכשלות, והבדיל בין COVID-19 לזיהומים אחרים. בבדיקות רטובות עם חלקיקי קורונה שלמים, הרגישות הייתה דומה ל-Abbott ID NOW (בדיקה מולקולרית פופולרית), אך עם יתרון במהירות/פשטות.
• סף גילוי: הצוות דחף את הרגישות לטווח האטומולרי (דוגמה מהודעה לעיתונות: "טיפת דיו ב-20 בריכות שחייה אולימפיות"). כותרת המאמר מדגישה את הרמה הסאב-פמטומולרית.
• מודולריות: ניתן לתכנת מחדש במהירות את אותן ננו-פלטפורמות "ריקות" עבור מטרות אחרות, החל מ-E. coli (רעלן שיגה) ועד סמני גידול וחלבוני אלצהיימר; אב טיפוס של טכנולוגיה זו תפס בעבר אבולה מכמויות זעירות של דם.

למה זה חשוב?

• בדיקות ברמת מעבדה - ללא מעבדה. צורך דחוף בתחום הבריאות הוא בדיקות מהירות, מדויקות ובעלות נמוכה בנקודת הטיפול (PoC). NasRED מגשר על הפער בין רצועות מהירות לבדיקות מעבדה "כבדות": כ-2 דולר לבדיקה, כ-15 דקות, ציוד והדרכה מינימליים. זה קריטי לתנאי שטח ואזורים דלים במשאבים.
• גילוי מוקדם בשכיחות נמוכה. כאשר המקרים מעטים (התפרצויות מוקדמות, קבוצות סיכון ל-HIV/HCV, בורליוזיס), לא כדאי להשיק רשתות מעבדה, והחולים פשוט לא נבדקים. בדיקת PoC הרגישה במיוחד מאפשרת לך לחפש מחט בערימת שחת - ולעשות זאת במקום.

בכמה זה "יותר טוב מהסטנדרט"?

המחברים מספקים השוואות: רגישות גבוהה פי 3000 בערך מבדיקת ELISA, נפח דגימה קטן פי 16, זמן תגובה מהיר פי 30; בריכוזים מוחלטים, מאות מולקולות בתת-מיקרוליטר, "כמעט פי 100,000 רגישות גבוהה יותר מבדיקות מעבדה סטנדרטיות" (הערכה מפרסום מוסדי). מספרים אלה מתייחסים למדדי ייחוס בתנאי מחקר ודורשים אימות חיצוני.

מה שכבר ברור לגבי "נקודות הכאב"

• נכון לעכשיו, הכנת דגימות דורשת מיני-צנטריפוגות/מיקסרים שולחניים; הצוות עובד על מזעור ואוטומציה, במטרה להגיע לפורמט בגודל כיס מלא, ואולי גם לבדיקה ביתית.
• האוניברסליות המוצהרת (מודולים למחלות שונות) מצוינת על הנייר, אך עבור המחקר הקליני, נדרשים ניסויים קליניים נפרדים עבור כל מטרה אנליטית (HIV, HCV, בורליוזיס וכו') עם בדיקת תגובות צולבות, יציבות ריאגנטים ואיכות שרשרת האספקה.

לאן זה יכול להגיע?

בעתיד הנראה לעין, NasRED נראית כמו פלטפורמה: מכשיר אחד + "חיבורים" של חיישנים הניתנים להחלפה עבור הסמן הרצוי. אם תאושר המודולריות, גישה זו עשויה להאיץ את פריסת הבדיקות להתפרצויות חדשות ולהרחיב את אבחון ה-PoC במרפאות, במחלקות חירום, בנקודות ניידות ואפילו בצוותים ניידים עבור קבוצות שקשה להגיע אליהן.

מקור: Choi Y. et al. זיהוי מהיר ואלקטרוני נתמך על ידי ננו-חלקיקים של נוגדנים ואנטיגנים נגד SARS-CoV-2 ברמה תת-פמטומולרית. ACS Nano, פורסם ב-11 באוגוסט 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083