Вчені протестували у Папуа Новій Гвінеї новий метод з діагностики малярії, який виявляє хворобу завдяки магнітним властивостям уражених клітин крові. Паразити підвищують магнітну сприйнятливість еритроцитів, що зі свого боку фіксують вчені за допомогою магнітів та лазера. Новий метод має 82-відсоткову чутливість та може виявити навіть сліди вже перенесеної хвороби, повідомляють дослідники у Nature Communications.
Малярійний паразит, що з’єднується з людськими еритроцитами. NIAID / Wikimedia Commons
Як виявляють малярію?
Малярія є тяжким захворюванням, яке спричинюється найпростішими паразитами з роду плазмодіїв та передається укусами комарів. Близько 40 відсотків населення мешкає у регіонах з високим ризиком захворювання. Це впливає і на розвиток цих країн через передчасну смертність робочого населення, зменшення народжуваності та медичні витрати. Розробка швидких, простих у використанні і недорогих методів діагностики малярії вкрай необхідна та є пріоритетним напрямом у дослідженнях тропічних хвороб. Наразі використовуються методи із забором крові, зокрема існують й експрес-тести, однак всі вони засновані на прямому спостереженні за інфікованими клітинами крові та виявленні паразитарних антигенів. Це обмежує можливість масштабного тестування населення, адже потребує спеціальних навичок та обладнання. У своїй роботі вчені запропонували шукати у аналізах хворих не інфіковані еритроцити, а спостерігати за їхньою магнітною активністю, яку спричиняє паразит.
Що за магнітна активність еритроцитів?
Після інфікування малярією, паразити Plasmodium розщеплюють гемоглобін, вивільнюючи геми — його небілкові фрагменти. Геми складаються із заліза та зазвичай токсичні для клітин, однак паразити перетворюють їх на нерозчинну кристалічну форму — гемозоїн або малярійний пігмент. Він має чорно-коричневий колір та утворюється паразитами з їхнім розмноженням у еритроцитах. Гемозоїн вважають ахіллесовою п’ятою малярії, націлюючи на нього ліки, щоб пригнічувати кристалізацію. Але його також можна використовувати і як маркер хвороби, причому спираючись не лише на його колір, а і на магнітні властивості.
Кристали гемозоїну у поляризованому світлі. Hempelmann / Wikimedia Commons
Сам по собі гемоглобін не має власного магнітного моменту, слабко пропускає зовнішнє магнітне поле, та є діамагнетиком. Однак, під час утворення гемозоїну, залізо окиснюється та збільшує свою концентрацію, складаючи у результаті 10 відсотків від маси утвореного кристала, а тому з’являються парамагнітні властивості. Гемозоїн набуває здатності до тимчасового намагнічення, якщо прикласти до нього достатньо сильне зовнішнє магнітне поле, при цьому напрям його власного збігатиметься із напрямом зовнішнього. Вчені вже зверталися до такої властивості гемозоїну, однак використовувані магнітооптичні методи вміли працювати лише із синтетичним гемозоїном і не були ефективними для діагностики малярії у реальних пацієнтів.
Що запропонували дослідники?
Новий метод так само спирається на магнітні властивості гемозоїну, однак вчені дещо модифікували його і не просто фіксували магнітну активність, а і збуджували її для підвищення чутливості сенсорів. Свій метод вони назвали магнітооптичним виявленням з кристалом, що обертається (rotating-crystal magneto-optical detection, RMOD). Він полягає у тому, щоб змушувати кристали гемозоїну обертатися під дією магнітів, що потім фіксуватимуть фотодетектори. Поглинання світла через дію магнітного поля зміниться, що і побачать сенсори і сприймуть як маркер для виявлення та визначення кількості гемозоїну. Також вчені використали лазер із круговою поляризацією світла, щоб виключити будь-який магнітний вплив на детектори, окрім гемозоїну.
Так з RMOD дослідникам вдалося виявити малярію у 956 з Папуа Нової Гвінеї за кілька хвилин і без використання дорогих реагентів. Їм знадобилося всього 35 мікролітрів крові, а чутливість сенсорів показала ефективність 87 відсотків, причому специфічність складала 87, що означає, що метод дасть змогу виявити не лише найпоширенішого збуджувача Plasmodium vivax. Ефективність прототипу приладу вирахували у порівнянні з традиційними методами виявлення хвороби: через мікроскоп, ПЦР, яка шукає фрагменти ДНК, та експрес-тестами. Кількісно магнітооптичний сигнал, маркер, відповідав щільності паразитів, тобто їхній поширеності, а отже і стадії захворювання. Втім, вчені помітили, що їм вдалося також зафіксувати й залишковий гемозоїн у пацієнтів, які перехворіли на малярію раніше.
За словами дослідників, перспективність їхнього методу полягає у можливості використовувати для діагностування хвороби невеликі портативні пристрої, що не потребують дорогих реагентів та висококваліфікованих працівників. Також раніше ми писали, як американські дослідники запропонували використовувати для виявлення малярії пластир з мікроголками, а також, як жителі Кабо-Верде адаптувалися до хвороби.