Нанозолото виявляє хворобу за 15 хвилин: NasRED зчитує сотні молекул у краплі крові

Компанія ACS Nano описала портативний діагностичний тест під назвою NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection – швидке електронне виявлення з підтримкою наночастинок ): він використовує золоті наночастинки та електрооптичне зчитування для виявлення антигенів та антитіл до інфекцій у наднизьких концентраціях — аж до субфемтомолярного/атомолярного рівня. Тестування на COVID-19 показало точну дискримінацію від інших інфекцій, час відгуку становив ~15 хвилин, а вартість тесту — близько 2 доларів. За словами авторів, чутливість приблизно в 3000 разів вища, ніж у ELISA, потрібно в 16 разів менше зразка, а результат у 30 разів швидший.

Передісторія

• Чому знову діагностика PoC та як виміряти її успіх? У реальній практиці необхідні тести в місці надання медичної допомоги (на місці, швидкі, дешеві), які відповідають критеріям ГАРАНТОВАНО/ПЕРЕВІРЕНО:доступні, чутливі, специфічні, зручні для користувача, швидкі/надійні, без обладнання/прості, доставлені, а також підключення в режимі реального часу та легкість збору зразків. Більшість «домашніх» тестів досі не охоплюють усі пункти, особливо «S» - чутливість. Звідси й гонка за методами, які забезпечать лабораторний рівень чутливості без лабораторії.
• Де застрягає класика.
  • LAT-смужки (тести на антиген) є швидкими та дешевими, але чутливість до ПЛР помірна та сильно залежить від вірусного навантаження/часу захворювання; навіть найкращі набори часто не мають «лабораторної» чутливості.
  • ІФА точний, але вимагає реагентів, промивачів/рідерів, інкубації – це години та лабораторія; існуючі «вдосконалені» версії мають нижчі пороги, але ціною складності протоколу. Для польового скринінгу це є перешкодами.
• Чому саме золоті наночастинки? AuNP – це робоча конячка біосенсорів: вони мають виражену плазмонну реакцію (поглинання/розсіювання змінюється при агрегації або зміні середовища), зручну поверхневу хімію для кон'югації білок/аптамер і добру стабільність. Це дозволяє створювати тести, де зв'язок «аналізована молекула ↔ наночастинка» перетворюється на оптичний/електронний сигнал без складної оптики.
• Електро-/оптоелектронне зчитування як крок вперед. Ключем до PoC є спрощення виявлення: замість великих спектрофотометрів використовуйте світлодіод + простий фотосенсор/електроніку та зчитуйте зміну прозорості/розсіювання або «осідання» функціоналізованих наночастинок після зв'язування з мішенню. Такі схеми забезпечують широкий динамічний діапазон і швидкий час відгуку, зберігаючи при цьому низькі межі виявлення. Саме тут і підходить NasRED.
• Чому важливо мати можливість бачити як антигени, так і антитіла? Для інфекцій на різних стадіях деякі мішені є більш інформативними, ніж інші: антиген для ранньої активної інфекції, антитіла для факту минулої/поточної інфекції із сероконверсією або оцінка імунної відповіді. Платформи, які модульно «перекваліфікуються» з антигенів на антитіла (і назад), швидше масштабуються для нових патогенів/завдань.
• Контекст цієї конкретної статті. У демонстрації на SARS-CoV-2, NasRED продемонстрував виявлення субфемтомолярних рівнів антигенів/антитіл приблизно за 15 хвилин з мікрооб'єму (близько 6 мкл) та точну диференціацію COVID-19 від інших інфекцій; стверджується, що платформа адаптована до токсинів, онкомаркерів тощо. Це скорочує розрив між «смужкою» та лабораторією за чутливістю та швидкістю. Наслідком є потенціал для раннього виявлення при низькій поширеності та в умовах обмежених ресурсів.
• Але гіперчутливість також пов'язана з ризиками. Чим нижчий поріг, тим вищі вимоги до чистоти, контролю перехресних реакцій та управління хибнопозитивними результатами. Тому кожна нова «мішень» на платформі вимагає окремих клінічних перевірок та стрес-тестування на матричні ефекти (кров, слина, носоглотка) та стабільність витратних матеріалів у реальних ланцюгах постачання.
• Чому це логічний напрямок еволюції тестів. У цій галузі вже навчилися «ламати» пікомолярні бар'єри (цифровий ІФА, вдосконалені формати LF), але частіше за рахунок дорогого обладнання/складних протоколів. Платформи AuNP з простим електронним зчитуванням прагнуть поєднати надчутливість з дешевим обладнанням – саме те, що вимагають критерії ASSURED/REASSURED.

Як це працює

• Золоті наночастинки покриті молекулами розпізнавання. Для пошуку вірусного білка використовуються антитіла; для виявлення антитіл пацієнта – вірусні антигени.
• Ці частинки додаються до крихітного зразка (крапля крові/слини/носової рідини). Якщо зразок містить мішень, більшість наночастинок злипаються та осідають на дні пробірки. Якщо мішені немає, суспензія залишається каламутною.
• Пристрій пропускає світлодіодний промінь через верхню частину рідини, а електронний датчик вимірює, скільки світла проходить: більше світла = частинки «впали», тобто є мішень. І все це без громіздкої оптики та складної підготовки зразків.

Що саме було показано в новій роботі

• COVID-19: NasRED надійно виявляв антигени та антитіла до SARS-CoV-2 на рівнях, на яких стандартні методи не працюють, та диференціював COVID-19 від інших інфекцій. У вологих тестах з цілими частинками коронавірусу чутливість була порівнянною з Abbott ID NOW (популярний молекулярний тест), але з перевагою у швидкості/простоті.
• Поріг виявлення: Команда підвищила чутливість до аттомолярного діапазону (приклад з прес-релізу: «крапля чорнила у 20 олімпійських басейнах»). У назві статті наголошується на субфемтомолярному рівні.
• Модульність: ті ж «порожні» наноплатформи можна швидко перепрограмувати для інших цілей, від кишкової палички (токсин Шига) до онкомаркерів та білків хвороби Альцгеймера; прототип цієї технології раніше виявляв вірус Ебола з крихітних об’ємів крові.

Чому це важливо?

• Лабораторне тестування — без лабораторії. Нагальною потребою охорони здоров’я є швидке, точне та недороге тестування в місці надання медичної допомоги (PoC). NasRED поєднує швидкі тест-смужки та «важку» лабораторію: ~2 долари за тест, ~15 хвилин, мінімальне обладнання та навчання. Це критично важливо для польових умов та регіонів з обмеженими ресурсами.
• Раннє виявлення за низької поширеності. Коли випадків мало (ранні спалахи, групи ризику ВІЛ/ВГС, бореліоз), невигідно запускати лабораторні мережі, і пацієнтів просто не тестують. Ультрачутливий PoC-тест дозволяє шукати голку в копиці сіна — і робити це прямо на місці.

Наскільки це «краще за стандарт»?

Автори наводять порівняння: ≈3000× чутливіший, ніж ELISA, у 16× менший об’єм зразка, у 30× швидший час відгуку; в абсолютних концентраціях, сотні молекул у субмікролітрах, «майже у 100 000 разів чутливіший, ніж стандартні лабораторні тести» (оцінка з інституційного випуску). Ці цифри відносяться до контрольних показників в умовах дослідження та потребують зовнішньої валідації.

Що вже зрозуміло про «больові точки»

• Наразі для підготовки зразків потрібні настільні міні-центрифуги/змішувачі; команда працює над мініатюризацією та автоматизацією з метою досягнення повністю кишенькового формату та, потенційно, можливості домашнього тестування.
• Заявлена універсальність (модулі для різних захворювань) на папері чудова, але для клініки потрібні окремі клінічні випробування для кожної аналітичної мішені (ВІЛ, ВГС, бореліоз тощо) з тестуванням перехресних реакцій, стабільності реагентів та якості ланцюга постачання.

Куди це може призвести?

У найближчому майбутньому NasRED виглядає як платформа: один пристрій + змінні сенсорні «насадки» для потрібного маркера. Якщо модульність буде підтверджена, такий підхід може пришвидшити розгортання тестів для нових спалахів та розширити PoC-діагностику в клініках, відділеннях невідкладної допомоги, мобільних пунктах і навіть у мобільних бригадах для важкодоступних груп.

Джерело: Choi Y. et al. Швидке електронне виявлення антитіл та антигенів SARS-CoV-2 на субфемтомолярному рівні за допомогою наночастинок. ACS Nano, опубліковано 11 серпня 2025 року. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083