Badania

21 Grudnia

Fot. Krzysztof Krzempek

Szybka diagnostyka przesiewowa COVID-19

Naukowcy z Politechniki Gdańskiej opracowali przenośne urządzenie do analizy próbek wydychanego powietrza pod kątem zakażenia wirusem SARS-CoV-2. Aparat docelowo pozwoli na uzyskanie wyniku nawet w minutę, za symboliczną „złotówkę” i w sposób mniej kłopotliwy dla osoby badanej niż obecnie stosowane metody.

Jak przyznają twórcy wynalazku, opracowana przez nich metoda nie jest tak dokładna, jak stosowane obecnie testy, ale za to szybsza, znacznie tańsza i bardziej przyjemna dla badanego niż wymóg pobierania próbki z nosogardła. Dlatego, zdaniem naukowców z PG, sprawdzi się jako metoda skriningowa, czyli taka, która pozwala na wstępne wykrycie zakażenia i zalecenie dokładnego badania.

Nie wykrywamy RNA wirusa, ale skutki jego działania w postaci uwalnianej z płuc mieszaniny lotnych związków organicznych (z ang. Volatile Organic Compounds – VOC), które powstają w wyniku zaburzonego metabolizmu spowodowanego przez infekcję. Tego typu systemy mogą być pomocne, szczególnie przy dalszym rozwoju pandemii, gdy przewiduje się, że choroba COVID-19 będzie miała charakter choroby sezonowej, a wczesne wykrycie pozwoli stosować odpowiednie leki, nie dopuszczając do postępu choroby i rozwoju groźnych powikłań – tłumaczy prof. Janusz Smulko, kierownik Katedry Metrologii i Optoelektroniki na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG.

Wynik nawet w minutę

Urządzenie jest proste w obsłudze, a procedura badania ogranicza się do naciśnięcia kilku przycisków.

W przygotowanej wersji urządzenia pacjent dmucha do pojemnika z jednorazowym ustnikiem, przypominającego dużą strzykawkę specjalnego elementu wykorzystywanego w technice badania oddechów. Najważniejsza jest końcowa faza oddechu, w której występuje największe stężenie substancji VOC.  Następnie urządzenie zasysa zawartość strzykawki do niewielkiej komory z czujnikami i rozpoczyna się analiza – objaśnia procedurę dr inż. Andrzej Kwiatkowski z Katedry Metrologii i Optoelektroniki PG.

Obecnie wynik badania uzyskiwany jest w ciągu około 10 minut. Naukowcy szacują, że ten czas może być jeszcze krótszy – na poziomie 1 minuty.

Podczas badań nad urządzeniem chcieliśmy, żeby wszystkie czujniki pomiarowe miały większą rezerwę czasu, niż jest to wymagane, na ustabilizowanie się warunków pracy – podkreśla dr inż. Kwiatkowski.

Między pomiarami następuje procedura samooczyszczenia urządzenia, aby pozbyć się pozostałości po wcześniejszych próbkach. Urządzenie zasilane jest z sieci, ale można je także zasilać np. z samochodu czy baterią oraz korzystać z bezprzewodowej transmisji danych.

Na bazie dostępnych i energooszczędnych czujników

Naukowcy bazowali na niewielkich rozmiarów czujnikach, dostępnych komercyjnie oraz prototypowych, rozwijanych w ramach prowadzonych równolegle innych projektów badawczych.

Naszą ideą było przygotowanie czujników, które może nie są tak selektywne, ale są za to powszechnie dostępne i jednocześnie pobierają mniej energii, po to, by urządzenia można było instalować w wielu miejscach, także w krajach, gdzie ze względu na koszty nie ma możliwości prowadzenia szerokiej diagnostyki COVID-19 – mówi prof. Janusz Smulko.

W urządzeniu wykorzystano rozwiązania wypracowane w realizowanym kilka lat temu na PG unijnym projekcie badawczym TROPSENSE, dotyczącym diagnostyki chorób tropikalnych za pomocą wydychanego powietrza (denga, leiszmanioza, bąblowica).

Współpraca z lekarzami

W ramach projektu „Szybka diagnostyka przesiewowa zakażeń SARS Cov-2 za pomocą badania wydychanego powietrza” finansowanego przez Politechnikę Gdańską z programu Combating Coronavirus, wynalazek jest obecnie testowany przez lekarzy z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, pracujących na co dzień w Uniwersyteckim Centrum Medycyny Morskiej i Tropikalnej w Gdyni. Od początku pandemii wywołanej wirusem SARS-CoV-2 UCMMiT jest kluczowym ośrodkiem na Pomorzu w walce z epidemią i pierwszym w pełni przygotowanym do sprawowania profesjonalnej opieki nad pacjentami zakażonymi koronawirusem.

Jak zaznacza dr hab. n. med. Katarzyna Sikorska, prof. GUMed, kierownik kliniki, metoda oparta o szybką analizę składu powietrza wydychanego omija przykre doznania, których doświadcza osoba badana, związane z prawidłowym pobraniem wymazu z nosogardła dla wykonania testu PCR lub testu antygenowego oraz pozwala na ekspresowe uzyskanie wyniku.

Niektóre z opracowywanych technologii pozwalają na bezpośrednią detekcję wirusa. Inne, wykrywając zmiany składu powietrza wydychanego u osoby zakażonej, mogą służyć jako wstępny, szybki, łatwy do wykonania test przesiewowy, segregujący badanych. Taka metoda może okazać się szczególnie przydatna tam, gdzie ważne jest, by zbadać dużą liczbę osób w krótkim czasie, np. w testowaniu pasażerów na lotniskach, gości w restauracjach, uczestników masowych wydarzeń kulturalnych, pracowników dużych zakładów przemysłowych, uczniów i studentów placówek edukacyjnych. Podobne urządzenie już wstępnie zatwierdzono do użycia wśród podróżnych w Singapurze oraz wykorzystywano w Holandii do testowania pracowników portowych – wyjaśnia prof. Sikorska.

Naukowcy PG zwracają uwagę, że badana metoda może stanowić ciekawą alternatywę dla wykorzystywanych obecnie rutynowych metod diagnostycznych, a łatwe do przeprowadzenia w różnych warunkach badanie wpisuje się w perspektywę rozwoju narzędzi do idealnego modelu testowania zakażenia SARS-CoV-2: szybkiego, masowego i niskokosztowego.

Urządzenie jest w szpitalu i tam wykonywane są pomiary. Obecnie pracujemy nad końcowymi analizami wyników, które przedstawimy w formie publikacji, oraz dalszymi modyfikacjami urządzenia – zapowiada dr Kwiatkowski.

Szczegółowe informacje dotyczące urządzenia zostały opisane w artykule „Embedded gas sensing setup for air samples analysis”. Wynalazek z Politechniki Gdańskiej został dostrzeżony przez amerykańskie media popularyzujące osiągnięcia naukowe, m.in. portal eurekalert.org.

źródło: PG