Mỹ phát triển tấm dán siêu nhạy phát hiện kháng thể COVID-19

Các kỹ sư tại Đại học Washington ở St. Louis của Mỹ đã phát triển một miếng dán microneedle có thể dán lên da, thu nhận dấu hiệu sinh học từ chất lỏng trong da và nhờ độ nhạy chưa từng có của nó, cho phép các bác sĩ lâm sàng phát hiện sự hiện diện của kháng thể COVID-19.

Miếng dán siêu nhạy và không đau đớn sẽ phát hiện virus SARS-CoV-2

Thông thường, các bác sĩ sử dụng mẫu máu để kiểm tra các dấu hiệu sinh học của các bệnh: các kháng thể báo hiệu nhiễm virus hoặc vi khuẩn, chẳng hạn như SARS-CoV-2, virus gây ra COVID-19...

Tuy nhiên, những dấu hiệu sinh học này không chỉ có trong máu, chúng cũng có thể được tìm thấy trong môi trường chất lỏng dày đặc bao quanh tế bào của chúng ta, nhưng với hàm lượng thấp nên khó phát hiện được.

Các kỹ sư tại Trường Kỹ thuật McKelvey thuộc Đại học Washington ở St. Louis đã phát triển một miếng dán microneedle có thể dán lên da để thu nhận dấu hiệu sinh học được quan tâm và nhờ độ nhạy chưa từng có của nó, cho phép các bác sĩ lâm sàng phát hiện sự hiện diện của virus.

Công nghệ này có chi phí thấp, dễ dàng cho bác sĩ lâm sàng hoặc chính bệnh nhân sử dụng và có thể không cần đến bệnh viện chỉ để lấy máu.

Nghiên cứu từ phòng thí nghiệm của Srikanth Singamaneni, Giáo sư Lilyan & E. Lisle Hughes tại Khoa Cơ khí & Khoa học Vật liệu, đã được công bố trực tuyến vào ngày 22 tháng 1 trên tạp chí Nature Biomedical Engineering.

Ngoài chi phí thấp và dễ sử dụng, những miếng dán microneedle này có một ưu điểm khác là không phải lấy máu và hoàn toàn không gây đau đớn.

Tìm một dấu hiệu sinh học bằng cách sử dụng các miếng dán microneedle này tương tự như xét nghiệm máu. Thay vì lấy máu, những miếng dán microneedles trực tiếp “ tóm” được các dấu hiệu sinh học từ chất lỏng bao quanh các tế bào của chúng ta trên da, được gọi là dịch kẽ da (ISF). Sau khi thu nhận được các dấu hiệu sinh học này, các nhà nghiên cứu tiếp tục sử dụng công nghệ nano để chỉ ra sự hiện diện và số lượng của chúng.

ISF là một nguồn phong phú các phân tử sinh học, được hội tụ dày đặc ở mọi nơi trong cơ thể con người,từ chất dẫn truyền thần kinh đến chất thải tế bào. Tuy nhiên, để phân tích các dấu hiệu sinh học trong ISF, phương pháp thông thường thường yêu cầu chiết xuất ISF từ da. Phương pháp này khó và thông thường lượng ISF có thể thu được không đủ để phân tích. Đó là một trở ngại lớn cho việc phát triển công nghệ cảm biến sinh học dựa trên microneedle.

Một phương pháp khác liên quan đến việc thu trực tiếp dấu hiệu sinh học trong ISF mà không cần phải trích xuất, nhóm nghiên cứu có một loại vũ khí bí mật: "plasmonic-fluors", một nhãn nano huỳnh quang siêu bền.

So với các nhãn huỳnh quang truyền thống, khi một xét nghiệm được thực hiện trên miếng dán microneedle sử dụng plasmonic-fluor, tín hiệu của các dấu hiệu sinh học sáng hơn khoảng 1.400 lần và có thể phát hiện được ngay cả khi chúng hiện diện ở nồng độ thấp.

Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu vắc-xin COVID-19 cần biết liệu mọi người có đang sản xuất đúng loại kháng thể hay không và trong thời gian bao lâu. Miếng vá này có thể giúp họ biết được liệu người đó có kháng thể chống lại COVID-19 hay không và ở mức độ nào.

Thay vì phải đến bệnh viện và lấy máu, các EMT có thể sử dụng một miếng dán microneedle để kiểm tra troponin, dấu hiệu sinh học chỉ ra nhồi máu cơ tim.

Đối với những người mắc bệnh mãn tính cần theo dõi thường xuyên, các miếng dán microneedle có thể loại bỏ các chuyến đi không cần thiết đến bệnh viện, tiết kiệm tiền bạc, thời gian và sự khó chịu — rất nhiều khó chịu.

Các miếng dán hầu như không gây đau đớn. Nhà nghiên cứu Singamaneni cho biết: “Chúng đi sâu khoảng 400 micromet vào mô da, thậm chí không chạm vào dây thần kinh cảm giác."

Singamaneni nói: “Chúng tôi có thể giảm đáng kể số lượng động vật cần thiết cho các nghiên cứu như vậy. Hệ quả là rất lớn - và phòng thí nghiệm của Singamaneni muốn đảm bảo rằng tất cả chúng đều được khám phá.

Ông nói: "Chúng tôi sẽ phải xác định các ngưỡng giới hạn lâm sàng, có rất nhiều việc phải làm, tức là phạm vi của dấu hiệu sinh học trong ISF tương ứng với mức bình thường và mức bất thường. Chúng tôi sẽ phải xác định mức độ nào là bình thường, mức độ nào là bệnh lý."

Ông nói: “Chúng tôi đã tạo ra một công nghệ nền tảng mà ai cũng có thể sử dụng. Và họ có thể sử dụng nó để tìm dấu hiệu sinh học mà họ quan tâm."