ابداع فناوری جدیدی که صدای مالاریا را می‌شنود

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از ادونس ساینس نیوز، در حالی که حدود نیمی از جمعیت جهان همچنان در معرض خطر ابتلا به مالاریا هستند و هنوز آزمایش‌های تشخیصی سریع غیرتهاجمی در دسترس افراد وجود ندارد، فناوری جدیدی به نام «سیتوفون» «Cytophone» می‌تواند رویکرد متفاوتی ارائه کند.

«ولادیمیر ژاروف» «Vladimir Zharov» از دانشگاه علوم پزشکی آرکانزاس در آمریکا و مخترع این فناوری جدید می‌گوید: «سازمان بهداشت جهانی (WHO) به دنبال کاهش حداقل ۹۰ درصدی ابتلا به مالاریا در سطح جهان و حذف مالاریا از ۳۵ کشور تا سال ۲۰۳۰ در مقایسه با سال ۲۰۱۵ است. نبود ابزار تشخیصی بهینه می‌تواند مانع بزرگی برای رسیدن به این هدف باشد.»

برخلاف آزمایش‌های سنتی، فناوری سیتوفون (سیتو به معنی سلول و فون به معنای تلفن) به توانایی دستگاه برای گوش دادن به سیگنال‌های سلول‌ها اشاره دارد و نیازی به نمونه خون ندارد. در عوض، ترکیبی از لیزر و اولتراسوند را به پوست می‌تاباند تا گلبول‌های قرمز آلوده به انگل‌های مالاریا را شناسایی کند.

حتی در عصر پیشرفت‌های پزشکی و فناوری، مرگ و میر ناشی از مالاریا همچنان در حال افزایش است و کودکان و زنان باردار بیشتر در معرض خطر هستند. آفریقا بخش بزرگی از این بار را به دوش می‌کشد که بیش از ۹۰ درصد موارد و مرگ و میر را شامل می‌شود. محدودیت‌های آزمایش‌های تشخیصی فعلی، کنترل، مدیریت و حذف این بیماری را بسیار چالش برانگیز کرده است.

در حال حاضر آزمایش‌های مبتنی بر واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR)، حساس‌ترین روش‌های تشخیصی هستند، اما انجام آنها زمان می‌برد و به تجزیه و تحلیل توسط کارکنان متخصص در آزمایشگاه‌های پیشرفته نیاز دارد؛ چالش‌هایی که اجرای آن را در کشور‌های کم درآمد تا متوسط دشوار می‌کند.

از این رو ضروری است آزمایش‌های بهتری که قابلیت انجام در محل را داشته باشد ابداع شود. دو آزمایش از این دست، در حال حاضر وجود دارد: آزمایش‌های تشخیصی سریع و میکروسکوپی که در آن قطره خون زیر میکروسکوپ برای انگل‌ها بررسی می‌شود. اما مانند آزمایش‌های مبتنی بر PCR، آنها نیز به نمونه خون نیاز دارند.

«سونیل پریخ» «Sunil Parikh» اپیدمیولوژیست از دانشکده بهداشت عمومی ییل و یکی دیگر از مجریان این مطالعه، نیز گفت: «آزمایش‌های تشخیصی سریع بر شناسایی آنتی ژن‌ها [پروتئین‌های خاص]تولید شده در انگل تکیه می‌کنند.» این آنتی ژن‌ها به عنوان نشانگر حضور انگل در خون عمل می‌کنند.

پاریخ افزود: «با این حال، برخی از گونه‌های انگل مالاریا تکامل یافته اند و دیگر آنتی ژن‌هایی تولید نمی‌کنند که آزمایش‌ها برای تشخیص آن طراحی شده اند و همین امر این باعث می‌شود که برخی از آزمایش‌ها دیگر برای تشخیص موثر نباشند.»

ژاروف اظهار داشت: «الکساندر گراهام بل، که بیش از یک قرن پیش اولین تلفن را اختراع کرد، یک تلفن بی سیم فوتوآکوستیک به نام فوتوفون با استفاده از نور خورشید نیز ساخت. این به من الهام داد تا از یک نور لیزری بسیار قوی‌تر برای توسعه سیتوفون استفاده کنم، که می‌تواند به صدای سلول‌های منفرد در جریان خون گوش دهد.»

مالاریا توسط گونه‌های مختلف انگل پلاسمودیوم ایجاد می‌شود که با حمله به گلبول‌های قرمز خون، از هموگلوبین که مسئول انتقال اکسیژن در بدن است تغذیه می‌کند.

در طی این فرآیند، انگل یک محصول جانبی به نام «هموزوئین» تولید می‌کند؛ نوعی کریستال نامحلول دارای خواص فیزیکی و شیمیایی خاصی که آن را به یک هدف مفید برای تشخیص تبدیل می‌کند.

پریخ توضیح می‌دهد که سلول‌های دارای هموزوئین انرژی بیشتری را از لیزر جذب می‌کنند، آنها را گرم می‌کند و باعث انبساط و ایجاد امواج صوتی می‌شود. سپس دستگاه این امواج صوتی را به عنوان سیگنال‌های متمایز تشخیص داده و حضور سلول‌های آلوده را بدون نیاز به نمونه خون شناسایی می‌کند. 

آزمایش‌های انجام شده بی خطر بودن این روش بدون هیچ گونه واکنش نامطلوبی را گزارش کرده اند.

محققان در مورد هزینه این دستگاه‌ها مطمئن نیستند، اما می‌دانند لیزر‌ها مقرون به صرفه‌تر شده اند. آنها معتقدند با حداقل استفاده از مواد مصرفی، هزینه تشخیص مالاریا قابل کنترل خواهد بود که اگر درست باشد، این نوآوری زندگی میلیون‌ها نفر را تغییر می‌دهد.

آغاز امیدوارکننده 

آنها با همکاری پژوهشگران در کامرون، سیتوفون را آزمایش کرده و دریافتند این فناوری می‌تواند مالاریا را دقیقا به اندازه آزمایش‌های مبتنی بر PCR تشخیص دهد البته در نمونه کوچکی از ۲۰ بیمار.

در پژوهش‌های بیشتر محققان خواستند بدانند آیا سیتوفون می‌تواند سطوح پایین آمده انگل مالاریا را در همان گروه ۲۰ بیمار که برای مالاریا تحت درمان قرار گرفته بودند، تشخیص دهد یا خیر. پس از حدود ۳۰ روز پس از درمان، سیگنال‌های مالاریا که توسط سیتوفون شناسایی شدند، حاکی از کاهش سطح عفونت نشان داده شده در تست‌های میکروسکوپی و مبتنی بر PCR بود.

پریخ گفت: «هنوز روز‌های اولیه است، اما ما از این نتایج بسیار هیجان زده هستیم. در مناطقی که بیماری‌های زیادی وجود دارد، می‌توان از این دستگاه برای آزمایش تعداد زیادی از افراد در مدت زمان کوتاه استفاده کرد و اقدامات لازم را انجام داد. در مناطقی که مالاریا کاملا و یا تقریبا حذف شده است، آزمایشی که نیازی به خون ندارد نیز امکان غربالگری افراد را برای جلوگیری از شیوع مجدد مالاریا در یک مکان فراهم می‌کند».

قبل از عرضه عمومی این دستگاه، تحقیقات بیشتری لازم است. این دانش پژوهان می‌خواهند دستگاه را در حجم نمونه بزرگ تری برای تعیین تکرارپذیری، عملکرد تشخیصی در کودکان و تعیین اینکه آیا می‌تواند سطوح پایین مالاریا را در افراد بدون علامت تشخیص دهد، ارزیابی کنند.

ژاروف توضیح داد: «در حال حاضر ما در تلاش هستیم تا از سکو‌های یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی (AI) برای شناسایی سریع رد سیگنال مرتبط با بیماری استفاده کنیم که می‌تواند به طور چشمگیری ارجحیت غربالگری افراد بدون علامت را در مراحل اولیه بیماری افزایش دهد.»

از آنجایی که همه گونه‌های پلاسمودیوم هموزویین تولید می‌کنند، محققان اطمینان دارند سیتوفون قادر به شناسایی همه آنها خواهد بود، اگرچه برای تایید توانایی‌های این فناوری، آزمایش‌های بیشتری لازم است.

این پژوهشگران به تازگی مطالعه دیگری را در کامرون به منظور ارزیابی حساسیت دستگاه و اینکه آیا می‌تواند سطوح بسیار پایین مالاریا را تشخیص دهد یا خیر به انجام رسانده و می‌گویند که امیدوارند به زودی نتایج را به اشتراک بگذارند.

اگرچه آنها انتظار دارند که این دستگاه خاصِ مالاریا باشد، اما تحقیقات آینده نیز با هدف تایید این موضوع و بررسی اینکه آیا سایر عفونت‌ها سیگنال‌های مشابهی را ایجاد نمی‌کنند که ممکن است با مالاریا اشتباه گرفته شود، انجام خواهد شد. 

همچنین دانشمندان در تلاش برای بهینه سازی دستگاه به منظور تعیین کمیت سطح عفونت هستند و امیدواریم بتوانند بین گونه‌های مختلف پلاسمودیوم تمایز قائل شوند.