بزرگنمايي:

سیاست و بازاریابی - ایرنا / پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا با توسعه یک آزمایش سریع مبتنی بر نانوذرات چندلایه طلا و نقره، راهکاری برای شناسایی مقادیر بسیار کم آنتی‌بادی‌های مرتبط با بیماری سیفلیس ارائه کرده‌اند.
این فناوری آزمایشی با تقویت سیگنال قابل‌مشاهده در تست‌های تشخیصی، می‌تواند زمینه را برای تشخیص زودهنگام‌تر عفونت و تصمیم‌گیری درمانی در همان جلسه مراجعه به مراکز درمانی فراهم کند.
سیفلیس از آن دسته عفونت‌هایی است که تشخیص به‌موقع آن همیشه آسان نیست. علائم این بیماری ممکن است با نشانه‌های بیماری‌های دیگر اشتباه گرفته شود یا در مقاطعی از بین برود، درحالی‌که عفونت همچنان در بدن باقی مانده و به آسیب‌رسانی ادامه می‌دهد.
اکنون گروهی از پژوهشگران به سرپرستی محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا (Pennsylvania State University) در آمریکا، با بهره‌گیری از فناوری نانو، آزمایش سریعی طراحی کرده‌اند که می‌تواند مقادیر کمتری از آنتی‌بادی‌های مرتبط با این عفونت را شناسایی کند و به تشخیص دقیق‌تر وضعیت بیماری کمک برساند.
سیفلیس یک عفونت باکتریایی قابل‌انتقال از راه تماس جنسی است که عامل آن باکتری Treponema pallidum محسوب می‌شود. این بیماری از سال ۱۹۴۳ با استفاده از پنی‌سیلین قابل‌درمان بوده است؛ بااین‌حال، تشخیص‌ندادن به‌موقع آن همچنان می‌تواند پیامدهای جدی به همراه داشته باشد. انتقال عفونت به شریک جنسی و انتقال از مادر به جنین در دوران بارداری از جمله پیامدهای این بیماری است. در موارد مادرزادی، عفونت ممکن است به مشکلات رشدی، آسیب‌های قلبی، نابینایی، ناهنجاری‌های استخوانی و دندانی و حتی مرگ نوزاد منجر شود.
دستاورد جدید پژوهشگران، به‌جای تغییر اساسی در مسیر متداول تشخیص بیماری، بر افزایش حساسیت آزمایش‌های سریع متمرکز است. این ابزار آزمایشی با ترکیب اطلاعات دو نوع آزمایش خون در یک فرایند سریع‌تر، تلاش می‌کند اطلاعاتی درباره مواجهه قبلی فرد با عفونت، فعال‌بودن بیماری و ضرورت پیگیری درمان ارائه دهد. نتایج این پژوهش در نشریه علمی ACS Sensors منتشر شده است.
ترکیب دو آزمایش در یک ابزار تشخیصی
در روش تشخیصی متداول، دو نوع آزمایش خون برای بررسی سیفلیس به کار می‌رود. آزمایش نخست که به بررسی آنتی‌بادی‌های اختصاصی باکتری عامل بیماری می‌پردازد، می‌تواند حتی سال‌ها پس از درمان نیز مثبت باقی بماند؛ زیرا این آنتی‌بادی‌ها ممکن است برای مدت طولانی در بدن حضور داشته باشند. بنابراین، مثبت‌شدن نتیجه این آزمایش به‌تنهایی لزوماً به معنای فعال‌بودن عفونت نیست.
آزمایش دوم، آنتی‌بادی‌هایی را بررسی می‌کند که در واکنش به آسیب سلولی ناشی از بیماری ایجاد می‌شوند. نتایج این آزمایش می‌تواند به ارزیابی مرحله عفونت و بررسی نیاز به درمان کمک کند. استفاده هم‌زمان از این دو روش، احتمال تفسیر نادرست نتایج را کاهش می‌دهد و اطلاعات کامل‌تری درباره وضعیت بیمار در اختیار پزشک می‌گذارد.
دیپانجان پان (Dipanjan Pan)، استاد نانوزیست‌پزشکی دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و نویسنده مسئول پژوهش، تأکید کرده است که هدف این گروه کنارگذاشتن روش تشخیصی تثبیت‌شده نیست، بلکه بازآفرینی همان توالی اطلاعات تشخیصی در قالب ابزاری سریع‌تر و بالقوه قابل‌استفاده در محل ارائه خدمات درمانی است. در صورت تکمیل مراحل توسعه و اعتبارسنجی، چنین رویکردی می‌تواند نیاز به مراجعه‌های متعدد و انتظار برای دریافت نتایج آزمایشگاهی را کاهش دهد.
راز افزایش حساسیت در ساختار نانومتری طلا و نقره
در بسیاری از آزمایش‌های تشخیصی سریع، نانوذرات طلا نقش مهمی در ایجاد خط رنگی قابل‌مشاهده دارند. با عبور نمونه از نوار آزمایش، این ذرات در محل مشخصی تجمع می‌کنند و در صورت وجود نشانگرهای موردنظر، خطی رنگی شکل می‌گیرد. محدودیت اصلی زمانی بروز می‌کند که غلظت آنتی‌بادی‌ها پایین باشد و تعداد نانوذرات تجمع‌یافته برای ایجاد خطی واضح کافی نباشد.
بزرگ‌ترکردن نانوذرات می‌تواند شدت سیگنال نوری را افزایش دهد، اما این راهکار محدودیت‌هایی دارد. ذرات بزرگ‌تر ممکن است به یکدیگر بچسبند یا در مسیر حرکت نمونه ته‌نشین شوند و در نتیجه، عملکرد آزمایش را مختل کنند. پژوهشگران برای عبور از این محدودیت، به‌جای افزایش اندازه ذرات، ترکیب فلزی آن‌ها را تغییر دادند.
در ساختار طراحی‌شده، یک لایه نقره میان دو لایه طلا قرار گرفته است. نقره از ویژگی‌های نوری مطلوبی برخوردار است، اما در تماس با اکسیژن به‌سرعت تخریب می‌شود. پوشاندن این فلز با لایه‌های طلا به پایداری ساختار کمک می‌کند و در عین حال، امکان بهره‌گیری از ویژگی‌های نوری هر دو فلز را فراهم می‌آورد.
کِتان دیگه (Ketan Dighe)، نویسنده نخست مقاله و دانشجوی تحصیلات تکمیلی مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، توضیح داده است که رفتار الکترون‌ها در مقیاس نانو با رفتار آن‌ها در مواد معمولی تفاوت دارد. در این مقیاس، حرکت جمعی الکترون‌های سطحی در اثر برخورد نور، پدیده‌ای به نام «تشدید پلاسمون سطحی موضعی» ایجاد می‌کند. این پدیده در ویژگی‌های نوری نانوذرات و توانایی آن‌ها برای شناسایی نشانگرهای زیستی نقش دارد.
در نانوذرات چندلایه، برهم‌کنش الکترون‌ها در لایه‌های فلزی مختلف می‌تواند سیگنال نوری قوی‌تری ایجاد کند. پژوهشگران این وضعیت را به هم‌خوانی گروهی از خوانندگان تشبیه کرده‌اند؛ به‌گونه‌ای که هماهنگی صداها، قدرت صدای نهایی را افزایش می‌دهد. در این ساختار نیز ترکیب ویژگی‌های نوری لایه‌های طلا و نقره، سیگنالی قوی‌تر از نانوذرات معمولی طلا ایجاد می‌کند.
تقویت سیگنال تا ۴۶ درصد در آزمایش‌های اولیه
پژوهشگران ابتدا عملکرد نوری نانوذرات چندلایه را در آزمایش‌های آزمایشگاهی با نانوذرات متداول طلا مقایسه کردند. نتایج نشان داد برای ایجاد یک نشانه قابل‌مشاهده، به حدود شش برابر ذرات کمتر از نوع چندلایه نیاز است. همچنین این ذرات توانستند در حضور تعداد مولکول‌های هدفی که حدود سه برابر کمتر بود، همچنان نشانه قابل‌مشاهده‌ای ایجاد کنند. این یافته‌ها نشان می‌داد که ساختار جدید ممکن است برای شناسایی غلظت‌های پایین آنتی‌بادی مناسب‌تر باشد.
در مرحله بعد، عملکرد نانوذرات با استفاده از ۳۶ نمونه بالینی با غلظت‌های متفاوت آنتی‌بادی ارزیابی شد. این نمونه‌ها از مراکز تأمین نمونه‌های پژوهشی مراکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌های آمریکا و شرکت زیست‌بانک تجاری بوکا بیولیستیکس (Boca Biolistics) تهیه شده بودند.
نتایج آزمایش‌ها نشان داد شدت خط تشخیصی در ساختار چندلایه، در مقایسه با نانوذرات معمولی طلا، بین ۱۹ تا ۴۶ درصد افزایش یافته است. بیشترین بهبود در نمونه‌هایی مشاهده شد که غلظت آنتی‌بادی‌های آن‌ها پایین‌تر بود؛ همان محدوده‌ای که تشخیص عفونت در آن دشوارتر است و از نظر بالینی اهمیت ویژه‌ای دارد.
به گفته پان، شناسایی آنتی‌بادی‌ها در غلظت‌های پایین می‌تواند در مراحل اولیه عفونت، مراحل بعدی بیماری یا دوره پس از درمان اهمیت داشته باشد؛ زمانی که کاهش سطح آنتی‌بادی‌ها ممکن است به ارزیابی روند پاسخ به درمان کمک کند. البته نتیجه این آزمایش‌های اولیه به‌تنهایی به معنای اثبات تشخیص قطعی در همه مراحل بیماری نیست و عملکرد بالینی ابزار باید در مطالعات گسترده‌تر بررسی شود.
امکان تصمیم‌گیری درمانی در جلسه مراجعه
کیسی پینتو (Casey Pinto)، پژوهشگر همکار و دانشیار علوم سلامت عمومی در دانشکده پزشکی دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، معتقد است دسترسی سریع‌تر به اطلاعات تشخیصی می‌تواند نحوه ارائه خدمات درمانی را تغییر دهد. پزشک در صورت دریافت نتیجه قابل‌اعتماد در همان جلسه، فرصت بیشتری برای توضیح وضعیت بیماری، ارائه مشاوره و تصمیم‌گیری درباره درمان خواهد داشت.
اهمیت این موضوع به‌ویژه در دوران بارداری دوچندان است. براساس گزارش مراکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌های آمریکا (CDC)، در سال ۲۰۲۴ نزدیک به چهار هزار نوزاد در این کشور با سیفلیس مادرزادی متولد شدند. این آمار دوازدهمین افزایش سالانه پیاپی را نشان می‌داد. این مرکز همچنین گزارش کرده است که آزمایش‌نشدن به‌موقع و دریافت‌نکردن درمان مناسب، در نزدیک به ۹۰ درصد موارد سیفلیس مادرزادی نقش داشته است.
بااین‌حال، فناوری جدید هنوز در مرحله توسعه قرار دارد. به گفته پژوهشگران، در آمریکا برخی آزمایش‌های سریع سیفلیس مجوز استفاده دریافت کرده‌اند، اما این آزمایش‌ها تنها آنتی‌بادی‌های اختصاصی باکتری را شناسایی می‌کنند. به گفته پان، در زمان انتشار پژوهش، آزمایش تأییدی تک‌مرحله‌ای که بتواند هر دو دسته آنتی‌بادی را بررسی کند، در آمریکا مجوز استفاده نداشت. یک نمونه از این نوع آزمایش در اروپا وجود دارد، اما توانایی شناسایی آنتی‌بادی‌ها در غلظت‌های پایین را ندارد.
گروه پژوهشی برای ابزار جدید درخواست ثبت اختراع ارائه کرده و در حال بررسی همکاری با شرکت‌های صنعتی است. انجام مطالعات اعتبارسنجی در مقیاس بزرگ‌تر، توسعه نمونه اولیه و طی‌کردن مراحل قانونی دریافت مجوز، از گام‌های پیش‌روی این فناوری به شمار می‌روند.
در صورت تأیید عملکرد ابزار در مطالعات آینده و دریافت مجوزهای لازم، این فناوری می‌تواند بخشی از فرایند چندمرحله‌ای تشخیص سیفلیس را به یک آزمایش سریع‌تر و یکپارچه تبدیل کند؛ رویکردی که ظرفیت کاهش تأخیر در تشخیص و تسهیل آغاز درمان را دارد. بااین‌حال، تحقق این هدف به اثبات دقت و قابلیت اطمینان آزمایش در جمعیت‌های بزرگ‌تر و شرایط واقعی ارائه خدمات سلامت وابسته است.