Nanozłoto wykrywa choroby w 15 minut: NasRED odczytuje setki cząsteczek w kropli krwi

Firma ACS Nano opisała przenośny test diagnostyczny o nazwie NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): wykorzystuje on nanocząsteczki złota i odczyt elektrooptyczny do wykrywania antygenów i przeciwciał przeciwko infekcjom w bardzo niskich stężeniach – nawet na poziomie subfemtomolarnym/attomolarnym. Testy na COVID-19 wykazały dokładne odróżnienie od innych infekcji, czas reakcji wynosił około 15 minut, a koszt testu wyniósł około 2 dolarów. Według autorów, czułość testu jest około 3000 razy wyższa niż w teście ELISA, wymagana jest 16 razy mniejsza próbka, a wynik jest 30 razy szybszy.

Tło

• Dlaczego diagnostyka PoC jest ważna i jak mierzyć jej skuteczność? W praktyce potrzebne są testy przyłóżkowe (na miejscu, szybkie, tanie), które spełniają kryteria ASSURED/REASSURED: przystępne cenowo, czułe, precyzyjne, łatwe w obsłudze, szybkie/solidne, bezsprzętowe/proste, dostarczane w zestawie, a także zapewniają łączność w czasie rzeczywistym i łatwość pobierania próbek. Większość testów „domowych” nadal nie spełnia wszystkich kryteriów, zwłaszcza czułości „S”. Stąd wyścig o metody, które zapewnią laboratoryjny poziom czułości bez konieczności korzystania z laboratorium.
• Gdzie klasyka się gubi.
  • Paski LAT (testy antygenowe) są szybkie i tanie, ale ich czułość w reakcji PCR jest umiarkowana i w dużym stopniu zależy od poziomu wiremii/czasu trwania choroby. Nawet najlepsze zestawy często nie osiągają czułości „laboratoryjnej”.
  • Test ELISA jest dokładny, ale wymaga odczynników, płuczek/czytników, inkubacji – to godziny i laboratorium; istniejące „ulepszone” wersje obniżają progi, ale kosztem złożoności protokołu. W przypadku badań przesiewowych w terenie stanowią one bariery.
• Dlaczego nanocząstki złota? AuNP to podstawa biosensorów: charakteryzują się wyraźną odpowiedzią plazmoniczną (zmiany absorpcji/rozpraszania podczas agregacji lub zmiany środowiska), dogodną chemią powierzchni do koniugacji białek/aptamerów oraz dobrą stabilnością. Pozwala to na konstruowanie testów, w których połączenie „analizowana cząsteczka ↔ nanocząstka” jest przekształcane w sygnał optyczny/elektroniczny bez skomplikowanej optyki.
• Odczyt elektro-/optoelektroniczny jako krok naprzód. Kluczem do PoC jest uproszczenie detekcji: zamiast dużych spektrofotometrów, należy użyć diody LED + prostego fotoczujnika/elektroniki i odczytać zmianę przezroczystości/rozproszenia lub „osiadania” funkcjonalizowanych nanocząstek po związaniu z celem. Takie schematy zapewniają szeroki zakres dynamiki i szybki czas reakcji przy jednoczesnym zachowaniu niskich granic wykrywalności. Właśnie tutaj wkracza NasRED.
• Dlaczego ważna jest możliwość obserwacji zarówno antygenów, jak i przeciwciał? W przypadku infekcji na różnych etapach niektóre cele dostarczają więcej informacji niż inne: antygen w przypadku wczesnej, aktywnej infekcji, przeciwciała w przypadku przebytej/aktualnej infekcji z serokonwersją lub oceny odpowiedzi immunologicznej. Platformy, które modułowo „przekwalifikują” antygeny do przeciwciał (i z powrotem), szybciej skalują się w przypadku nowych patogenów/zadań.
• Kontekst tego konkretnego artykułu. W demonstracji dotyczącej SARS-CoV-2, NasRED zademonstrował wykrywanie subfemtomolowych stężeń antygenów/przeciwciał w około 15 minut z mikroobjętości (około 6 µl) i dokładne odróżnianie COVID-19 od innych infekcji; twierdzi się, że platforma jest adaptowalna do toksyn, markerów nowotworowych itp. To niweluje lukę między „paskiem” a laboratorium pod względem czułości i szybkości. Konsekwencją jest potencjał wczesnego wykrywania przy niskiej częstości występowania i w warunkach ograniczonych zasobów.
• Jednak nadwrażliwość wiąże się również z ryzykiem. Im niższy próg, tym wyższe wymagania dotyczące czystości, kontroli reakcji krzyżowych i postępowania w przypadku wyników fałszywie dodatnich. Dlatego każdy nowy „cel” na platformie wymaga osobnych walidacji klinicznych i testów obciążeniowych pod kątem wpływu na matrycę (krew, ślina, nosogardło) oraz stabilności materiałów eksploatacyjnych w rzeczywistych łańcuchach dostaw.
• Dlaczego jest to logiczny kierunek ewolucji testów? W tej dziedzinie nauczono się już „przełamywać” bariery pikomolarne (cyfrowy test ELISA, ulepszone formaty LF), ale częściej kosztem drogiego sprzętu/skomplikowanych protokołów. Platformy AuNP z prostym odczytem elektronicznym dążą do połączenia ultraczułości z tanim sprzętem – dokładnie tego wymagają kryteria ASSURED/REASSURED.

Jak to działa

• Nanocząsteczki złota są pokryte cząsteczkami rozpoznawczymi. Do poszukiwania białka wirusowego używa się przeciwciał; do wykrycia przeciwciał pacjenta używa się antygenów wirusowych.
• Cząsteczki te dodaje się do maleńkiej próbki (kropli krwi/śliny/płynu z nosa). Jeśli próbka zawiera cel, większość nanocząstek skleja się ze sobą i osiada na dnie probówki. Jeśli cel nie występuje, zawiesina pozostaje mętna.
• Urządzenie przepuszcza wiązkę światła LED przez górną warstwę cieczy, a elektroniczny czujnik mierzy, ile światła przez nią przechodzi: więcej światła = cząsteczki „opadły”, co oznacza, że istnieje cel. Wszystko to bez nieporęcznej optyki i skomplikowanego przygotowywania próbek.

Co dokładnie pokazano w nowej pracy

• COVID-19: NasRED niezawodnie wykrył antygeny i przeciwciała SARS-CoV-2 na poziomach, na których zawodzą standardowe metody, i pozwolił odróżnić COVID-19 od innych infekcji. W testach na mokro z całymi cząsteczkami koronawirusa czułość była porównywalna z testem Abbott ID NOW (popularnym testem molekularnym), ale z przewagą szybkości i prostoty.
• Próg detekcji: Zespół zwiększył czułość do zakresu attomolarnego (przykład z komunikatu prasowego: „kropla atramentu w 20 basenach olimpijskich”). Tytuł artykułu podkreśla poziom subfemtomolowy.
• Modułowość: te same „puste” nanoplatformy można szybko przeprogramować do wykrywania innych celów, od bakterii E. coli (toksyny Shiga) po markery nowotworowe i białka choroby Alzheimera; prototyp tej technologii pozwolił wcześniej na wykrycie wirusa Ebola w niewielkich objętościach krwi.

Dlaczego to jest ważne?

• Testy laboratoryjne — bez laboratorium. Pilną potrzebą w służbie zdrowia są szybkie, dokładne i tanie testy w punkcie opieki (PoC). NasRED łączy szybkie testy paskowe z „ciężkim” laboratorium: około 2 dolary za test, około 15 minut, minimalna ilość sprzętu i szkoleń. Jest to kluczowe w warunkach terenowych i regionach o ograniczonych zasobach.
• Wczesne wykrywanie przy niskiej częstości występowania. Przy niewielkiej liczbie przypadków (wczesne ogniska, grupy ryzyka HIV/HCV, borelioza) tworzenie sieci laboratoriów jest nieopłacalne, a pacjenci po prostu nie są testowani. Ultraczuły test PoC pozwala znaleźć igłę w stogu siana — i wykonać go od razu.

O ile jest to „lepsze od standardu”?

Autorzy przedstawiają porównania: około 3000 razy bardziej czuły niż test ELISA, 16 razy mniejsza objętość próbki, 30 razy krótszy czas reakcji; w stężeniach bezwzględnych setki cząsteczek w submikrolitrach, „prawie 100 000 razy bardziej czuły niż standardowe testy laboratoryjne” (oszacowanie z publikacji instytucjonalnej). Liczby te odnoszą się do wartości referencyjnych w warunkach badawczych i wymagają zewnętrznej walidacji.

Co jest już jasne w kwestii „punktów bólu”

• Obecnie do przygotowywania próbek potrzebne są miniaturowe wirówki/mieszałki laboratoryjne; zespół pracuje nad miniaturyzacją i automatyzacją, mając na celu stworzenie urządzenia w pełni kieszonkowego i, potencjalnie, możliwość przeprowadzania testów w warunkach domowych.
• Deklarowana uniwersalność (moduły dla różnych chorób) wygląda świetnie na papierze, ale w praktyce klinicznej konieczne są oddzielne badania kliniczne dla każdego celu analitycznego (HIV, HCV, borelioza itp.) z uwzględnieniem testowania reakcji krzyżowych, stabilności odczynników i jakości łańcucha dostaw.

Dokąd to może pójść?

W dającej się przewidzieć przyszłości NasRED będzie wyglądać jak platforma: jedno urządzenie + wymienne „nakładki” sensoryczne dla pożądanego markera. Jeśli modułowość się potwierdzi, takie podejście może przyspieszyć wdrażanie testów w przypadku nowych ognisk choroby i rozszerzyć diagnostykę PoC w klinikach, oddziałach ratunkowych, punktach mobilnych, a nawet w mobilnych zespołach dla grup trudno dostępnych.

Źródło: Choi Y. i in. , Szybkie i elektroniczne wykrywanie przeciwciał i antygenów SARS-CoV-2 na poziomie subfemtomolarnym przy użyciu nanocząstek. ACS Nano, opublikowano 11 sierpnia 2025 r. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083