تشخیص ۱۵ دقیقه‌ای حمله قلبی با حسگر کاغذی 

به گزارش خبرگزاری فطر نیوز به نقل از IE، از آنجایی که حملات قلبی عامل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان محسوب می‌شود تشخیص زودهنگام برای نجات زندگی بسیار اهمیت دارد. با این حال، آزمایش‌های آزمایشگاهی استاندارد می‌تواند زمان بر و پرهزینه باشد.

برای حل این مشکل، محققان دانشگاه کالیفرنیا در آمریکا یک حسگر کاغذی ارزان قیمت ساخته اند که زیست نشانگر‌های حملات قلبی را تشخیص می‌دهد.

ابداع کنندگان این فناوری می‌گویند این ابزار برای ارائه نتایج سریع تنها در ۱۵ دقیقه، طراحی شده است.

«آی دوغان اوزجان» «Aydogan Ozcan» مجری این تحقیقات گفت: «ما برای معرفی این راه حل کم هزینه و قابل حمل که فاصله بین تشخیص آزمایشگاهی مرکزی و آزمایش تشخیصی بر بالین بیمار را پر می‌کند، هیجان زده هستیم.»

وی افزود: «سکوی مبتنی بر کاغذ ما، که با یادگیری عمیق طراحی شده است، جایگزین موثری برای ابزار‌های حجیم و گران قیمتی است که در حال حاضر در بیمارستان‌ها استفاده می‌شوند. این دستاورد نویدبخش ارائه تشخیص‌های پیشرفته قلبی به جمعیت‌های تحت پوشش در سطح جهان است».

نقش الگوریتم‌های یادگیری عمیق 

این محققان نوعی سنجش جریان عمودی مبتنی بر کاغذ (VFA) طراحی کرده‌اند که پروتئین «تروپونین ای» (cTnI) قلبی را شناسایی می‌کند که در جریان آسیب عضله قلب در جریان خون آزاد می‌شود.

این سکوی نوآورانه ترکیبی از دو فناوری قدرتمند است: الگوریتم‌های یادگیری عمیق و شیمی تقویت نانوذرات پیشرفته. در این سکو، از الگوریتم‌ها برای تجزیه و تحلیل تصاویر گرفته شده توسط سیستم VFA و افزایش تشخیص cTnI استفاده می‌شود. 

جالب آنکه این حسگر توانایی دستیابی به «حد تشخیص حداقل ۰.۲ پیکوگرم در میلی لیتر (pg/mL)» را دارد.

محققان می‌گویند حساسیت استثنایی این سکو بسیار فراتر از حساسیت دستگاه‌های موجود آزمایش بر بالین بیمار است. این ابزار «نیاز‌های بالینی» را برای تشخیص مقادیر بسیار کمی از پروتئین تروپونین در جریان خون برآورده می‌کند. این تشخیص دقیق ممکن است راه را برای تشخیص زودهنگام انفارکتوس حاد میوکارد (AMI) یا سکته قلبی هموار کند. 

راه حل کم هزینه 

این سیستم دو مرحله‌ای است: در مرحله ایمونواسی، آزمایش پروتئین cTnI را در نمونه خون شناسایی می‌کند. برای این کار، از ذرات ریز طلا که به مولکول‌های دیگر متصل شده اند برای اتصال به پروتئین cTnI استفاده می‌کند.

در مرحله دوم یعنی مرحله تقویت سیگنال، ذرات طلا با برقراری یک واکنش شیمیایی، تغییر رنگ ایجاد می‌کنند. سپس یک دستگاه قابل حمل مخصوص از این تغییر رنگ عکس می‌گیرد.

محققان از الگوریتم‌های یادگیری عمیق برای تجزیه و تحلیل این تصاویر و حساس‌تر و دقیق‌تر کردن آزمون استفاده می‌کنند. آنها دریافتند نتایج آزمایش VFA بسیار شبیه به نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی سنتی است و این قابلیت اطمینان به این فناوری جدید را به نمایش گذاشت. 

همچنین، این سیستم می‌تواند سطوح مختلف cTnI، از بسیار کم تا بسیار زیاد (۰.۲ pg/mL تا ۱۰۰ نانوگرم در میلی لیتر (ng/mL) را تشخیص دهد.

از نظر هزینه، سنجش مبتنی بر کاغذ کمتر از ۴ دلار در هر آزمایش قیمت دارد، در حالی که دستگاه خوانش قابل حمل تقریبا ۱۷۰ دلار در هر واحد هزینه دارند. این مقرون به صرفه بودن ممکن است برای محیط‌های دارای منابع محدود ارزشمند باشد. 

مجریان این طرح می‌گویند: «هدف ما طراحی سیستمی بود که بتواند نه تنها در بیمارستان ها، بلکه در کلینیک ها، داروخانه‌ها و حتی در آمبولانس‌ها نیز استفاده شود. توانایی تشخیص سریع و کمی کردن سطح تروپونین در تنظیمات مختلف می‌تواند درمان سریع‌تر و مؤثرتری را برای بیماران حمله قلبی، به ویژه در مرحله حیاتی مراقبت‌های پیش بیمارستانی، امکان پذیر کند.»

نتایج این تحقیقات در نشریه ACS Nano منتشر شده است.