Нано злато открива болест за 15 минута: NasRED очитава стотине молекула у капи крви

АЦС Нано је описао преносиви дијагностички тест под називом NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection - Брза, електронска детекција са наночестицама ): он користи златне наночестице и електрооптичко очитавање за детекцију антигена и антитела на инфекције у супер ниским концентрацијама - до субфемтомоларног/атомоларног нивоа. Тестирање на COVID-19 показало је прецизну дискриминацију од других инфекција, време одзива је било ~15 минута, а цена теста око 2 долара. Према ауторима, осетљивост је ~3000 пута већа од ELISA теста, потребно је 16 пута мање узорка, а резултат је 30 пута бржи.

Позадина

• Зашто поново PoC дијагностика и како мерити њен успех. У стварној пракси, потребни су тестови на лицу места (на лицу места, брзи, јефтини) који испуњавају критеријуме ASSURED/REASSURED:Приступачни, Осетљиви, Специфични, Једноставни за коришћење, Брзи/Робустни, Без опреме/једноставни, Испоручени плус повезивање у реалном времену и лакоћа прикупљања узорака. Већина „кућних“ тестова и даље не покрива све тачке, посебно „S“ - осетљивост. Отуда трка за методама које ће обезбедити лабораторијски ниво осетљивости без лабораторије.
• Где се класици заглављују.
  • ЛАТ траке (тестови на антигене) су брзе и јефтине, али осетљивост на ПЦР је умерена и у великој мери зависи од вирусног оптерећења/времена болести; чак ни најбољи комплети често не постижу „лабораторијску“ осетљивост.
  • ELISA је тачан, али захтева реагенсе, пераче/читаче, инкубације - то захтева сате и лабораторију; постојеће „побољшане“ верзије снижавају прагове, али по цену сложености протокола. За скрининг на терену, ово су препреке.
• Зашто златне наночестице? AuNP су радна снага биосензора: имају изражен плазмонски одговор (апсорпција/расејање се мења при агрегацији или када се промени окружење), погодну површинску хемију за конјугацију протеина/аптамера и добру стабилност. Ово омогућава конструисање тестова где се веза „анализирани молекул ↔ наночестица“ претвара у оптички/електронски сигнал без сложене оптике.
• Електро-/опто-електронски очитавање као корак напред. Кључ за PoC је поједностављивање детекције: уместо великих спектрофотометара, користите ЛЕД диоду + једноставан фотосензор/електронику и очитавајте промену транспарентности/расејања или „таложења“ функционализованих наночестица након везивања за циљ. Такве шеме пружају велики динамички опсег и брзо време одзива уз одржавање ниских граница детекције. Ту се уклапа NasRED.
• Зашто је важно моћи видети и антигене и антитела? За инфекције у различитим фазама, неке мете су информативније од других: антиген за рану активну инфекцију, антитела за чињеницу прошле/тренутне инфекције са сероконверзијом или проценом имуног одговора. Платформе које се модуларно „реквалификују“ са антигена на антитела (и назад) брже се скалирају за нове патогене/задатке.
• Контекст овог конкретног чланка. У демонстрацији на SARS-CoV-2, NasRED је показао детекцију субфемтомоларних нивоа антигена/антитела за ~15 минута из микрозапремине (око 6 µl) и прецизно разликовање COVID-19 од других инфекција; тврди се да је платформа прилагодљива токсинима, туморским маркерима итд. Ово смањује јаз између „траке“ и лабораторије у осетљивости и брзини. Последица је потенцијал за рано откривање при ниској преваленцији и у условима са ограниченим ресурсима.
• Али преосетљивост такође носи ризике. Што је праг нижи, то су већи захтеви за чистоћом, контролом унакрсних реакција и управљањем лажно позитивним резултатима. Стога, свака нова „циљ“ на платформи захтева одвојене клиничке валидације и тестирање оптерећења за ефекте матрице (крв, пљувачка, назофаринкс) и стабилност потрошног материјала у стварним ланцима снабдевања.
• Зашто је ово логичан правац за еволуцију тестова. Област је већ научила да „пробија“ пикомоларне баријере (дигитални ELISA, побољшани LF формати), али чешће по цену скупе опреме/сложених протокола. AuNP платформе са једноставним електронским очитавањем настоје да комбинују ултра-осетљивост са јефтиним хардвером - управо оно што захтевају критеријуми ASSURED/REASSURED.

Како ово функционише

• Златне наночестице су обложене молекулима за препознавање. За тражење вирусног протеина користе се антитела; за хватање пацијентових антитела користе се вирусни антигени.
• Ове честице се додају у сићушни узорак (кап крви/пљувачке/носне течности). Ако узорак садржи мету, већина наночестица се лепи и таложи на дну епрувете. Ако нема мете, суспензија остаје мутна.
• Уређај пропушта ЛЕД зрак кроз врх течности, а електронски сензор мери колико светлости пролази: више светлости = честице су „пале“, што значи да постоји мета. Све без гломазне оптике и компликоване припреме узорка.

Шта је тачно приказано у новом раду

• COVID-19: NasRED је поуздано детектовао антигене и антитела SARS-CoV-2 на нивоима где стандардне методе не успевају и разликовао је COVID-19 од других инфекција. У влажним тестовима са целим честицама коронавируса, осетљивост је била упоредива са Abbott ID NOW (популарним молекуларним тестом), али са предношћу у брзини/једноставности.
• Праг детекције: Тим је померио осетљивост у атомоларни опсег (пример из саопштења за штампу: „кап мастила у 20 олимпијских базена“). Наслов чланка наглашава субфемтомоларни ниво.
• Модуларност: исте „празне“ наноплатформе могу се брзо репрограмирати за друге циљеве, од Е. коли (Шига токсин) до туморских маркера и Алцхајмерових протеина; прототип ове технологије је претходно хватао Еболу из малих количина крви.

Зашто је ово важно?

• Лабораторијско тестирање — без лабораторије. Хитна потреба здравствене заштите је брзо, прецизно и јефтино тестирање на месту неге (PoC). NasRED премошћује јаз између брзих тестова и „тешке“ лабораторије: ~2 долара по тесту, ~15 минута, минимална опрема и обука. Ово је кључно за теренске услове и регионе са сиромашним ресурсима.
• Рано откривање при ниској преваленцији. Када је број случајева мали (ране епидемије, ризичне групе за ХИВ/ХЦВ, борелиоза), није профитабилно покретати лабораторијске ланце, а пацијенти се једноставно не тестирају. Ултра-осетљиви PoC тест вам омогућава да тражите иглу у пласту сена — и да то урадите одмах на лицу места.

Колико је ово „боље од стандардног“?

Аутори дају поређења: ≈3000× осетљивије од ELISA теста, 16× мања запремина узорка, 30× брже време одзива; у апсолутним концентрацијама, стотине молекула у субмикролитрима, „скоро 100.000 пута осетљивије од стандардних лабораторијских тестова“ (процена из институционалног објављивања). Ови бројеви се односе на референтне вредности у условима студије и захтевају екстерну валидацију.

Шта је већ јасно о „болним тачкама“

• За сада, припрема узорака захтева мини-центрифуге/миксере на радном столу; тим ради на минијатуризацији и аутоматизацији, са циљем потпуно џепног формата и, потенцијално, кућног теста.
• Наведена универзалност (модули за различите болести) је одлична на папиру, али за клинику су потребна одвојена клиничка испитивања за сваку аналитичку мету (ХИВ, ХЦВ, борелиоза итд.) са тестирањем унакрсних реакција, стабилности реагенса и квалитета ланца снабдевања.

Где ово може да оде?

У догледној будућности, NasRED изгледа као платформа: један уређај + заменљиви сензорски „додатци“ за жељени маркер. Ако се потврди модуларност, овај приступ би могао убрзати распоређивање тестова за нове епидемије и проширити PoC дијагностику у клиникама, одељењима хитне помоћи, мобилним пунктовима, па чак и у мобилним тимовима за тешко доступне групе.

Извор: Choi Y. et al. Брза и електронска детекција антитела и антигена SARS-CoV-2 на субфемтомоларном нивоу уз помоћ наночестица. ACS Nano, објављено 11. августа 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083