یک اختراع مهم و جدید؛ تشخیص ۱۵ دقیقه‌ای حمله قلبی با حسگر کاغذی

حملات قلبی عامل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان هستند و تشخیص زودهنگام آنها برای نجات زندگی افراد بسیار مهم است. با این حال، آزمایش‌های آزمایشگاهی استاندارد می‌تواند زمان‌بر و پرهزینه باشد.

اکنون محققان دانشگاه کالیفرنیا لس آنجلس برای رفع این مشکل، یک حسگر کاغذی ارزان قیمت که زیست‌نشانگرهای حملات قلبی را تشخیص می‌دهد، ایجاد کرده‌اند.

آنها محققان یک سنجش جریان عمودی مبتنی بر کاغذ(VFA) را برای تشخیص زیست‌نشانگرهای حمله قلبی طراحی کرده‌اند.

توسعه دهندگان می‌گویند این حسگر برای ارائه نتایج تنها به ۱۵ دقیقه زمان نیاز دارد.

آیدوگان اوزجان(Aydogan Ozcan) نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: ما هیجان زده‌ایم که این راه حل کم‌هزینه و قابل حمل را معرفی می‌کنیم که فاصله بین تشخیص آزمایشگاهی و نقطه آغاز مراقبت را پر می‌کند.

وی افزود: پلتفرم مبتنی بر کاغذ ما که با یادگیری عمیق طراحی شده است، جایگزین موثری برای ابزارهای حجیم و گران‌قیمتی است که در حال حاضر در بیمارستان‌ها استفاده می‌شوند. این حسگر، ارائه تشخیص‌های پیشرفته قلبی را نوید می‌دهد.

طراحی با الگوریتم‌های یادگیری عمیق

محققان یک سنجش جریان عمودی مبتنی بر کاغذ(VFA) طراحی کرده‌اند که تروپونینI (cTnI) قلبی را شناسایی می‌کند که پروتئینی است که در جریان آسیب عضله قلب در جریان خون آزاد می‌شود.

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

جالب اینجاست که این حسگر پتانسیل دستیابی به حد تشخیص حداقل ۰.۲ پیکوگرم در میلی لیتر را دارد.

محققان می‌گویند که حساسیت استثنایی این پلتفرم بسیار فراتر از حساسیت دستگاه‌های موجود است و این ابزار، نیازهای بالینی را برای تشخیص مقادیر بسیار کمی از پروتئین تروپونین در جریان خون برآورده می‌کند. این تشخیص دقیق می‌تواند راه را برای تشخیص زودهنگام انفارکتوس حاد میوکارد(AMI) یا حمله قلبی هموار کند.

راه حلی کم هزینه

این سیستم طی دو مرحله کار می‌کند. ابتدا پروتئین cTnI را در نمونه خون شناسایی می‌کند و برای این کار، از ذرات ریز طلا که به مولکول‌های دیگر متصل شده‌اند، برای اتصال به پروتئین cTnI استفاده می‌کند.

در مرحله دوم که مرحله تقویت سیگنال است، ذرات طلا یک واکنش شیمیایی را ایجاد می‌کنند که تغییر رنگ ایجاد می‌کند. سپس یک دستگاه قابل حمل مخصوص از این تغییر رنگ عکس می‌گیرد.

الگوریتم‌های یادگیری عمیق برای تجزیه و تحلیل این تصاویر و حساس‌تر و دقیق‌تر کردن آزمایش استفاده می‌شوند.

این تیم دریافت که نتایج این آزمایش موسوم به hs-VFA بسیار شبیه به نتایج آزمایش‌های آزمایشگاهی سنتی است و همزمان قابلیت اطمینان این آزمایش را به نمایش گذاشت.

همچنین این سیستم می‌تواند سطوح مختلف cTnI، از بسیار کم تا بسیار زیاد(۰.۲ پیکرگرم در میلی‌لیتر تا ۱۰۰ نانوگرم در میلی‌لیتر) را شناسایی کند.

از نظر هزینه نیز این روش سنجش مبتنی بر کاغذ کمتر از ۴ دلار برای هر آزمایش قیمت دارد، در حالی یک دستگاه مشابه تقریباً ۱۷۰ دلار هزینه دارد. این مقرون به صرفه بودن می‌تواند برای جوامع فقیر ارزشمند باشد.

گیوره هان(Gyeo-Re Han) نویسنده ارشد این مطالعه و محقق فوق دکترا در دانشگاه کالیفرنیا لس آنجلس گفت: هدف ما طراحی سیستمی بود که بتواند نه تنها در بیمارستان‌ها، بلکه در کلینیک‌ها، داروخانه‌ها و حتی در آمبولانس‌ها نیز استفاده شود.

وی افزود: توانایی تشخیص سریع و سنجش کردن سطح تروپونین در تنظیمات مختلف می‌تواند درمان سریع‌تر و مؤثرتری را برای بیماران دچار حمله قلبی به ویژه در مرحله حیاتی مراقبت‌های پیش‌بیمارستانی امکان‌پذیر کند.

این مطالعه در مجله ACS Nano منتشر شده است.