Portable diagnostic tool detects disease in 15 minutes / Lo strumento diagnostico portatile rileva la malattia in 15 minuti

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

D4 assay diagnostic tool (Credit: Daniel Joh, Duke University) / D4 strumento diagnostico di analisi

Biomedical engineers have created a portable diagnostic tool that detects disease markers as accurately as the current gold standard while cutting the waiting time for results to 15 minutes.
By inkjet-printing an array of antibodies onto a glass slide with a non-stick polymer coating, the D4 assay diagnostic tool from Duke University is a self-contained test that detects low levels of antigens – the protein markers of a disease – from a single drop of blood.
By creating a sensitive, easy-to-use “lab on a chip,” the researchers plan to bring rapid diagnostic testing to areas that lack access to standard lab-based diagnostic technologies. The platform is described in the Proceedings of the National Academy of Sciences.
The current gold standard for quantitative diagnostic tests is the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), which identifies how many specific antigens are present in a biological sample.
The D4 assay reportedly allows clinicians to avoid problems associated with ELISA – such as ease of use, time taken for diagnosis, and bulky lab instruments – without sacrificing sensitivity or accuracy.
The new assay can quickly identify a disease biomarker, and results can be read using a tabletop scanner or 3D printed smartphone attachment that uses the phone’s camera to read the results.
Like ELISA, the D4 assay uses a matched pair of antibodies to detect and capture a target protein in a blood sample. The array contains two types of antibodies – immobilized capture antibodies and soluble detection antibodies – which are tagged with a fluorescent marker to allow the researchers to identify how much of the antigen is present. When a drop of blood is placed on the slide, the detection antibodies dissolve, separate from the array and bind to the target proteins in the blood. These fluorescing antibody-protein pairs then attach to the capture antibodies that are still on the slide.
Unlike other diagnostic tests, D4 assay’s antibody array is printed on a novel polymer brush coating. When a sample is placed on the slide, the coating prevents the non-target proteins from attaching to the surface of the slide. By preventing unwanted proteins from binding to the assay, the polymer brush makes it easier to detect low levels of target proteins by getting rid of ‘background noise’ on the chip.
“The polymer brush allowed us to store all of the tools we need on the chip while maintaining a simple design,” said Ashutosh Chilkoti, chair of the Department of Biomedical Engineering (BME) at Duke and senior author on the paper.
Using the D4 assay, researchers don’t need to follow a complicated workflow to clear non-target proteins from their slide, as with the ELISA test. Instead, they simply need to wash the slide in a buffer solution to remove any extraneous particles.
“What’s cool is that our assay can achieve comparable sensitivity to the ELISA within 15 minutes, and if further sensitivity is needed, longer incubation times can be used,” says Daniel Joh, an MD-PhD student in the Chilkoti lab and co-author of the paper.
The team at Duke estimate that the D4 chips will cost less than $1 and the mobile phone attachment developed at the University of California, Los Angeles will be less than $30 when produced in bulk.

ITALIANO

Gli ingegneri biomedici hanno creato uno strumento diagnostico portatile che rileva i marcatori di malattia con precisione rispetto all'attuale tecnologia ottimale mentre riduce il tempo di attesa per i risultati a 15 minuti.
Con la stampa a getto d'inchiostro di una serie di anticorpi su una lastra di vetro con un rivestimento in polimero antiaderente, lo strumento di diagnostica del dosaggio D4 da Duke University è un test autocontrollo che rileva bassi livelli di antigeni - i marcatori proteici di una malattia - da una singola goccia di sangue.
Creando un "laboratorio sensibile e facile da usare" su un chip, i ricercatori prevedono di eseguire test diagnostici rapidi in aree che non dispongono di tecnologie diagnostiche basate sul laboratorio. La piattaforma è descritta negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze.
L'attuale tecnica ottimale per i test diagnostici quantitativi è il saggio immunosorbente enzimatico (ELISA), che identifica quanti antigeni specifici sono presenti in un campione biologico.
Il dosaggio D4, secondo quanto riferito, consente ai medici di evitare problemi associati con ELISA, quali la facilità d'uso, il tempo necessario per la diagnosi e gli strumenti di laboratorio ingombranti, senza sacrificare sensibilità o precisione.
Il nuovo dosaggio può identificare rapidamente un biomarcaore della malattia e i risultati possono essere letti utilizzando uno scanner da tavolino o un allegato di smartphone stampato in 3D che utilizza la fotocamera del telefono per leggere i risultati.
Come ELISA, il dosaggio D4 utilizza una coppia di anticorpi accoppiati per rilevare e catturare una proteina bersaglio in un campione di sangue. La matrice contiene due tipi di anticorpi - anticorpi di cattura immobilizzati e anticorpi solubili di rilevazione - che sono contrassegnati con un marcatore fluorescente per consentire ai ricercatori di identificare quanta parte dell'antigene è presente. Quando una goccia di sangue è posta sulla diapositiva, gli anticorpi di rilevazione si dissolvono, separati dalla matrice e si legano alle proteine ​​bersaglio nel sangue. Queste coppie di proteine ​​anti-proteine ​​fluorescenti si collegano poi agli anticorpi di cattura che sono ancora sullo scivolo.
A differenza di altri test diagnostici, la matrice di anticorpi del dosaggio D4 viene stampato su un nuovo rivestimento in polimero. Quando un campione viene posizionato sullo scivolo, il rivestimento impedisce che le proteine ​​non bersaglio si attacchino alla superficie della diapositiva. Evitando che le proteine ​​indesiderate si legano al dosaggio, la spazzola del polimero rende più facile rilevare bassi livelli di proteine ​​bersaglio sbarazzandosi del 'rumore di fondo' sul chip.
"La spazzola di polimeri ci ha consentito di memorizzare tutti gli strumenti necessari sul chip pur mantenendo uno schema semplice", ha dichiarato Ashutosh Chilkoti, presidente del Dipartimento di Ingegneria Biomedica (BME) di Duke e autore senior dell'articolo.
Utilizzando il dosaggio D4, i ricercatori non hanno bisogno di seguire un flusso di lavoro complicato per eliminare le proteine ​​non bersaglio dalla loro diapositiva, come con il test ELISA. Invece, devono semplicemente lavare la diapositiva in una soluzione tampone per rimuovere le particelle estranee.
"Quello che è importante è che il nostro dosaggio possa ottenere una sensibilità comparabile all'ELISA entro 15 minuti e se è necessaria un'ulteriore sensibilità, è possibile utilizzare tempi più lunghi di incubazione", dice Daniel Joh, uno studente di dottorato di ricerca nel laboratorio Chilkoti e coautore dell'articolo.
Il gruppo di Duke stima che i chip D4 costeranno meno di $ 1 e l'uso di cellulari sviluppato presso l'Università della California, Los Angeles sarà inferiore a 30 dollari quando verrà prodotto in massa.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/diagnostic-d4-disease/?cmpid=tenews_3765167&adg=CA40D8F0-63B9-4BE1-90A0-3379B1DDE40E