من كوفيد إلى السرطان: اختبار منزلي جديد يكشف الأمراض بدقة مذهلة

هل تعاني من التهاب في الحلق واحتقان في الأنف؟ مع ظهور الاختبارات المنزلية السريعة، أصبح من السهل تحديد ما إذا كنت تعاني من مرض خطير مثل كوفيد-19 أو مجرد حساسية الربيع. ولكن على الرغم من سرعتها وسهولة استخدامها، فإن هذه الاختبارات أقل حساسية من تلك المستخدمة في العيادات. هذا يعني أن النتيجة قد تكون سلبية حتى في حالة الإصابة.

قد يكون الحل تقنية استشعار حيوي جديدة ومنخفضة التكلفة، تجعل الاختبارات المنزلية السريعة أكثر حساسيةً لفيروسات مثل كوفيد-19 بمئة مرة. كما يمكنها توسيع قدرات الفحص السريع لحالات خطيرة أخرى، مثل سرطان البروستاتا وتسمم الدم.

قام علماء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي بتطوير اختبار يجمع بين عملية التبخر الطبيعية المسماة "تأثير حلقة القهوة" مع البلازمونيات والذكاء الاصطناعي للكشف بدقة عن المؤشرات الحيوية للأمراض في دقائق معدودة.

قال كاميار بهروزي، طالب دكتوراه حديث التخرج في الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة والهندسة النانوية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي: "توفر هذه التقنية البسيطة والفعّالة نتائج عالية الدقة في وقت قصير جدًا مقارنةً بالطرق التشخيصية التقليدية". وأضاف:
"يمهد عملنا الطريق لحلول تشخيصية أكثر سهولةً ويسرًا، لا سيما في المناطق محدودة الموارد".

وقد نُشر وصف لهذه التقنية في مجلة Nature Communications.

تأثير حلقة القهوة والجسيمات النانوية

إذا دققتَ النظر في بقعة قهوة أو نبيذ، ستلاحظ أنها أغمق عند الحواف منها في المنتصف. يعود ذلك إلى ظاهرة فيزيائية تُعرف باسم "تأثير حلقة القهوة": عندما تتبخر قطرة سائل، فإنها تُولّد تيارًا يدفع الجسيمات العالقة نحو الحواف. إذا كانت الجسيمات مُلوّنة، كما في القهوة أو النبيذ، فستتكوّن حلقة أغمق حول حواف البقعة.

في عام ٢٠٢٠، كان بهروز يطور مستشعرًا حيويًا للكشف عن كوفيد-١٩، ولاحظ أن قطرات محلوله التجريبي تترك علامات حلقية الشكل عند جفافها. أدرك أنه يمكن استخدام تأثير حلقة القهوة لتركيز جزيئات فيروس كوفيد-١٩، مما يسهل اكتشافها.

وأضاف بهروز "أدركنا أننا يمكن أن نستخدم هذا التأثير لخلق شيء أفضل بكثير مما خططنا له في الأصل".

كيف يعمل الاختبار؟

تستخدم تقنية الاختبار السريع جزيئات صغيرة تسمى الجسيمات النانوية البلازمية والتي تتفاعل مع الضوء بطريقة خاصة.

1. يقوم المستخدم بوضع قطرة من السائل تحتوي على بروتينات مرتبطة بالمرض (مثل مسحة من الفم أو الأنف) على الغشاء.
2. عندما تجف، تعمل القطرة على تركيز المؤشرات الحيوية للمرض في منطقة حلقة القهوة.
3. ثم يقوم المستخدم بإضافة قطرة ثانية تحتوي على جسيمات نانوية بلازمونية "تلتصق" بالعلامات الحيوية للمرض.

في حال وجود مؤشرات حيوية، تُشكّل الجسيمات النانوية أنماطًا محددة تُغيّر طريقة تفاعل الضوء مع الغشاء. يُمكن رؤية هذه التغييرات بالعين المجردة أو باستخدام تطبيق ذكي مُدعّم بالذكاء الاصطناعي.

توفر هذه التقنية نتائج في أقل من 12 دقيقة وهي أكثر حساسية لـ COVID-19 بمقدار 100 مرة من الاختبارات المماثلة في المنزل.

تطبيق لأمراض أخرى

قال ليوي لين، كبير مؤلفي الدراسة وأستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة كاليفورنيا في بيركلي: "أحد البروتينات الرئيسية التي يُمكننا اكتشافها باستخدام هذه التقنية هو مؤشر حيوي لتسمم الدم، وهو استجابة التهابية خطيرة لعدوى بكتيرية يمكن أن تتطور بسرعة كبيرة، خاصةً لدى الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 50 عامًا". وأضاف:
"كل ساعة لها أهميتها، لكن زراعة البكتيريا لتحديد مصدر العدوى قد تستغرق أيامًا. قد تُمكّن تقنيتنا الأطباء من اكتشاف تسمم الدم في غضون 10 إلى 15 دقيقة".

وقد ابتكر العلماء بالفعل نموذجًا أوليًا لاختبار منزلي مشابه لاختبارات كوفيد-19 السريعة، مع مكونات مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد تساعد في وضع العينة بشكل صحيح وتطبيق القطرات البلازمية.

خلال جائحة كوفيد-19، اعتمدنا على الاختبارات المنزلية لمعرفة ما إذا كنا مصابين. آمل أن تُسهّل تقنيتنا إجراء فحوصات دورية لأمراض مثل سرطان البروستاتا دون الحاجة لمغادرة المنزل، كما قال لين.