Nanogold zachytí nemoc za 15 minut: NasRED čte stovky molekul v kapce krve

Společnost ACS Nano popsala přenosný diagnostický test s názvem NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): využívá zlaté nanočástice a elektrooptické čtení k detekci antigenů a protilátek proti infekcím v super nízkých koncentracích – až do subfemtomolární/attomolární úrovně. Testování na COVID-19 prokázalo přesné rozlišení od jiných infekcí, doba odezvy byla ~15 minut a cena testu byla přibližně 2 dolary. Podle autorů je citlivost ~3000krát vyšší než u testu ELISA, je potřeba 16krát méně vzorku a výsledek je 30krát rychlejší.

Pozadí

• Proč znovu diagnostika PoC a jak měřit její úspěšnost. V reálné praxi jsou zapotřebí testy v místě péče (na místě, rychlé, levné), které splňují kritéria ZAJIŠTĚNO/ZNOVU ZAJIŠTĚNO: Cenově dostupné, Citlivé, Specifické, Uživatelsky přívětivé, Rychlé/Robustní, Bez vybavení/jednoduché, Dodávané plus Konektivita v reálném čase a snadný odběr vzorků. Většina „domácích“ testů stále nepokrývá všechny body, zejména „S“ – citlivost. Proto ten závod o metody, které poskytnou laboratorní úroveň citlivosti bez laboratoře.
• Kde se klasika zasekává.
  • LAT proužky (antigenní testy) jsou rychlé a levné, ale citlivost PCR je střední a vysoce závislá na virové náloži/době onemocnění; i ty nejlepší sady často nedosahují „laboratorní“ citlivosti.
  • ELISA je přesná, ale vyžaduje činidla, promývačky/čtečky, inkubace – to jsou hodiny a laboratoř; stávající „vylepšené“ verze snižují prahové hodnoty, ale na úkor složitosti protokolu. Pro screening v terénu jsou to bariéry.
• Proč zlaté nanočástice? AuNP jsou tahounem biosenzorů: mají výraznou plazmonickou odezvu (absorpce/rozptyl se mění při agregaci nebo při změně prostředí), vhodnou povrchovou chemii pro konjugaci protein/aptamer a dobrou stabilitu. To umožňuje konstrukci testů, kde je vazba „analyzovaná molekula ↔ nanočástice“ převedena na optický/elektronický signál bez složité optiky.
• Elektro-/opto-elektronické odečítání jako krok vpřed. Klíčem k PoC je zjednodušení detekce: místo velkých spektrofotometrů použijte LED + jednoduchý fotosenzor/elektroniku a odečtěte změnu průhlednosti/rozptylu nebo „usazování“ funkcionalizovaných nanočástic po vazbě na cíl. Taková schémata poskytují široký dynamický rozsah a rychlou dobu odezvy při zachování nízkých detekčních limitů. Zde se uplatňuje NasRED.
• Proč je důležité vidět antigeny i protilátky? U infekcí v různých stádiích jsou některé cíle informativnější než jiné: antigen pro časnou aktivní infekci, protilátky pro fakt minulé/současné infekce se sérokonverzí nebo posouzení imunitní odpovědi. Platformy, které se modulárně „rekvalifikují“ z antigenů na protilátky (a zpět), se pro nové patogeny/úkoly škálují rychleji.
• Kontext tohoto konkrétního článku. V demonstraci na SARS-CoV-2 NasRED prokázal detekci subfemtomolárních hladin antigenů/protilátek za přibližně 15 minut z mikroobjemu (přibližně 6 µl) a přesné rozlišení COVID-19 od jiných infekcí; platforma je údajně přizpůsobitelná toxinům, nádorovým markerům atd. To zmenšuje mezeru mezi „proužkem“ a laboratoří v citlivosti a rychlosti. Důsledkem je potenciál pro včasnou detekci při nízké prevalenci a v prostředí s nízkými zdroji.
• Přecitlivělost však s sebou nese i určitá rizika. Čím nižší je prahová hodnota, tím vyšší jsou požadavky na čistotu, kontrolu zkřížených reakcí a zvládání falešně pozitivních výsledků. Každý nový „cíl“ na platformě proto vyžaduje samostatné klinické validace a zátěžové testování účinků matrice (krev, sliny, nosohltan) a stability spotřebního materiálu v reálných dodavatelských řetězcích.
• Proč je to logický směr vývoje testů. V oboru se již naučilo „prolomit“ pikomolární bariéry (digitální ELISA, vylepšené formáty LF), ale častěji za cenu drahého vybavení/složitých protokolů. Platformy AuNP s jednoduchým elektronickým odečtem se snaží kombinovat ultracitlivost s levným hardwarem – přesně to, co vyžadují kritéria ASSURED/REASSURED.

Jak to funguje

• Zlaté nanočástice jsou potaženy rozpoznávacími molekulami. K vyhledávání virového proteinu se používají protilátky; k zachycení protilátek pacienta se používají virové antigeny.
• Tyto částice se přidají k malému vzorku (kapka krve/sliny/nosní tekutiny). Pokud vzorek obsahuje cíl, většina nanočástic se slepí a usadí se na dně zkumavky. Pokud cíl neexistuje, suspenze zůstává zakalená.
• Zařízení propouští LED paprsek horní částí kapaliny a elektronický senzor měří, kolik světla prochází: více světla = částice „dopadly“, což znamená, že je zde cíl. To vše bez objemné optiky a složité přípravy vzorku.

Co přesně bylo v novém díle ukázáno

• COVID-19: NasRED spolehlivě detekoval antigeny a protilátky SARS-CoV-2 na úrovních, kde standardní metody selhávají, a odlišil COVID-19 od jiných infekcí. V mokrých testech s celými koronavirovými částicemi byla citlivost srovnatelná s Abbott ID NOW (oblíbený molekulární test), ale s výhodou v rychlosti/jednodušosti.
• Detekční práh: Tým posunul citlivost do attomolárního rozsahu (příklad z tiskové zprávy: „kapka inkoustu ve 20 olympijských bazénech“). Název článku zdůrazňuje subfemtomolární úroveň.
• Modularita: stejné „prázdné“ nanoplatformy lze rychle přeprogramovat pro jiné cíle, od E. coli (Shiga toxin) až po nádorové markery a proteiny Alzheimerovy choroby; prototyp této technologie dříve zachytil Ebolu z nepatrných objemů krve.

Proč je to důležité?

• Laboratorní testování – bez laboratoře. Naléhavou potřebou zdravotní péče je rychlé, přesné a levné testování v místě péče (PoC). NasRED překlenuje mezeru mezi rychlými testovacími proužky a „těžkou“ laboratoří: ~2 dolary za test, ~15 minut, minimální vybavení a školení. To je zásadní pro terénní podmínky a regiony s nízkými zdroji.
• Včasná detekce při nízké prevalenci. Pokud je případů málo (časná ohniska, rizikové skupiny HIV/HCV, borelióza), není ziskové zavádět laboratorní řetězce a pacienti prostě nejsou testováni. Ultracitlivý PoC test umožňuje hledat jehlu v kupce sena – a udělat to přímo na místě.

O kolik je to „lepší než standard“?

Autoři uvádějí srovnání: ≈3000× citlivější než ELISA, 16× menší objem vzorku, 30× rychlejší doba odezvy; v absolutních koncentracích stovky molekul v submikrolitrech, „téměř 100 000krát citlivější než standardní laboratorní testy“ (odhad z institucionálního vydání). Tato čísla se vztahují k referenčním hodnotám za studijních podmínek a vyžadují externí validaci.

Co je již jasné o „bolestných bodech“

• Prozatím příprava vzorků vyžaduje stolní minicentrifugy/míchačky; tým pracuje na miniaturizaci a automatizaci s cílem dosáhnout plně kapesního formátu a potenciálně i domácího testu.
• Uvedená univerzálnost (moduly pro různá onemocnění) je na papíře vynikající, ale pro kliniku jsou nutné samostatné klinické studie pro každý analytický cíl (HIV, HCV, borelióza atd.) s testováním křížových reakcí, stability činidel a kvality dodavatelského řetězce.

Kam tohle může zajít?

V dohledné budoucnosti vypadá NasRED jako platforma: jedno zařízení + vyměnitelné senzorové „nástavce“ pro požadovaný marker. Pokud se potvrdí modularita, mohl by tento přístup urychlit nasazení testů pro nová ohniska a rozšířit PoC diagnostiku v klinikách, pohotovostech, mobilních bodech a dokonce i v mobilních týmech pro těžko dostupné skupiny.

Zdroj: Choi Y. a kol. Detekce protilátek a antigenů SARS-CoV-2 na subfemtomolární úrovni s využitím nanočástic, rychlá a elektronická. ACS Nano, publikováno 11. srpna 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083