Nanogull fanger sykdom på 15 minutter: NasRED leser hundrevis av molekyler i en dråpe blod

ACS Nano beskrev en bærbar diagnostisk test kalt NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): den bruker gullnanopartikler og elektrooptisk avlesning for å oppdage antigener og antistoffer mot infeksjoner ved superlave konsentrasjoner – ned til subfemtomolar/attomolar nivå. Testing for COVID-19 viste nøyaktig skille fra andre infeksjoner, responstiden var ~15 minutter, og kostnaden for testen var omtrent $2. Ifølge forfatterne er sensitiviteten ~3000 ganger høyere enn ELISA, 16 ganger mindre prøve er nødvendig, og resultatet er 30 ganger raskere.

Bakgrunn

• Hvorfor igjen PoC-diagnostikk, og hvordan måle dens suksess? I praksis er det behov for pasientnære tester (på stedet, raske, billige) som oppfyller ASSURED/RESSURED-kriteriene: Rimelig, Sensitiv, Spesifikk, Brukervennlig, Rask/Robust, Utstyrsfri/enkel, Levert, pluss tilkobling i sanntid og enkel prøveinnsamling. De fleste "hjemme"-tester dekker fortsatt ikke alle punktene, spesielt ikke "S" - sensitivitet. Derfor kappløpet om metoder som vil gi et laboratorienivå av sensitivitet uten et laboratorium.
• Der klassikerne setter seg fast.
  • LAT-strips (antigentester) er raske og billige, men følsomheten mot PCR er moderat og svært avhengig av virusmengde/sykdomstidspunkt; selv de beste settene når ofte ikke opp til "laboratorie"-følsomhet.
  • ELISA er nøyaktig, men krever reagenser, vaskere/avlesere, inkubasjoner – dette tar timer og et laboratorium; eksisterende «forbedrede» versjoner senker terskler, men på bekostning av protokollkompleksitet. For feltscreening er dette barrierer.
• Hvorfor gullnanopartikler? AuNP-er er arbeidshesten til biosensorer: de har en utpreget plasmonisk respons (endringer i absorpsjon/spredning ved aggregering eller når miljøet endres), praktisk overflatekjemi for protein/aptamer-konjugering og god stabilitet. Dette muliggjør konstruksjon av tester der koblingen «analysert molekyl ↔ nanopartikkel» konverteres til et optisk/elektronisk signal uten kompleks optikk.
• Elektro-/optoelektronisk avlesning som et skritt fremover. Nøkkelen til PoC er å forenkle deteksjonen: i stedet for store spektrofotometre, bruk en LED + enkel fotosensor/elektronikk og les endringen i gjennomsiktighet/spredning eller "settning" av funksjonaliserte nanopartikler ved målbinding. Slike ordninger gir et stort dynamisk område og rask responstid samtidig som de opprettholder lave deteksjonsgrenser. Det er her NasRED passer inn.
• Hvorfor er det viktig å kunne se både antigener og antistoffer? For infeksjoner på ulike stadier er noen mål mer informative enn andre: antigen for tidlig aktiv infeksjon, antistoffer for det faktum at det har vært en tidligere/nåværende infeksjon med serokonversjon eller vurdering av immunresponsen. Plattformer som modulært «rekvalifiserer» seg fra antigener til antistoffer (og tilbake) skalerer opp raskere for nye patogener/oppgaver.
• Konteksten for denne spesifikke artikkelen. I en demonstrasjon av SARS-CoV-2 demonstrerte NasRED deteksjon av subfemtomolare nivåer av antigener/antistoffer på ~15 minutter fra et mikrovolum (ca. 6 µl) og nøyaktig skille mellom COVID-19 og andre infeksjoner; plattformen hevdes å være tilpasningsdyktig til toksiner, tumormarkører osv. Dette lukker gapet mellom «stripen» og laboratoriet i følsomhet og hastighet. Konsekvensen er potensialet for tidlig deteksjon ved lav prevalens og i ressurskrevende omgivelser.
• Men hypersensitivitet kommer også med risikoer. Jo lavere terskelen er, desto større er kravene til renhet, kontroll av kryssreaksjoner og håndtering av falske positive resultater. Derfor krever hvert nytt «mål» på plattformen separate kliniske valideringer og stresstesting for matrikseffekter (blod, spytt, nasofarynx) og stabiliteten til forbruksvarer i reelle forsyningskjeder.
• Hvorfor dette er en logisk retning for utviklingen av tester. Feltet har allerede lært å "bryte" pikomolare barrierer (digital ELISA, forbedrede LF-formater), men oftere på bekostning av dyrt utstyr/komplekse protokoller. AuNP-plattformer med enkel elektronisk avlesning søker å kombinere ultrafølsomhet med billig maskinvare – akkurat det ASSURED/RESSURED-kriteriene krever.

Hvordan fungerer dette

• Gullnanopartikler er belagt med gjenkjenningsmolekyler. For å søke etter et viralt protein brukes antistoffer; for å fange pasientens antistoffer brukes virale antigener.
• Disse partiklene tilsettes en liten prøve (en dråpe blod/spytt/nesevæske). Hvis prøven inneholder et mål, kleber de fleste nanopartiklene seg sammen og legger seg på bunnen av røret. Hvis det ikke er noe mål, forblir suspensjonen uklar.
• Enheten sender en LED-stråle gjennom toppen av væsken, og en elektronisk sensor måler hvor mye lys som passerer gjennom: mer lys = partikler har «falt», som betyr at det er et mål. Alt uten klumpete optikk og komplisert prøveforberedelse.

Hva ble egentlig vist i det nye verket

• COVID-19: NasRED oppdaget pålitelig SARS-CoV-2-antigener og -antistoffer på nivåer der standardmetoder mislykkes, og differensierte COVID-19 fra andre infeksjoner. I våttester med hele koronaviruspartikler var følsomheten sammenlignbar med Abbott ID NOW (en populær molekylær test), men med en fordel i hastighet/enkelhet.
• Deteksjonsterskel: Teamet presset følsomheten inn i det attomolare området (eksempel fra pressemeldingen: «en dråpe blekk i 20 olympiske svømmebassenger»). Artikkelens tittel vektlegger det subfemtomolare nivået.
• Modularitet: de samme «tomme» nanoplattformene kan raskt omprogrammeres for andre mål, fra E. coli (Shiga-toksin) til tumormarkører og Alzheimers-proteiner; en prototype av denne teknologien fanget tidligere ebola fra ørsmå blodmengder.

Hvorfor er dette viktig?

• Testing i laboratoriekvalitet – uten laboratoriet. Et presserende behov innen helsevesenet er rask, nøyaktig og rimelig testing på stedet (PoC). NasRED bygger bro mellom raske strips og «tung» laboratorietesting: ~$2 per test, ~15 minutter, minimalt med utstyr og opplæring. Dette er kritisk for feltforhold og regioner med lite ressurser.
• Tidlig oppdagelse ved lav prevalens. Når tilfellene er få (tidlige utbrudd, HIV/HCV-risikogrupper, borreliose), er det ikke lønnsomt å lansere laboratoriekjeder, og pasientene blir rett og slett ikke testet. Den ultrasensitive PoC-testen lar deg lete etter en nål i en høystakk – og gjøre det på stedet.

Hvor mye er dette "bedre enn standard"?

Forfatterne gir sammenligninger: ≈3000 ganger mer følsom enn ELISA, 16 ganger mindre prøvevolum, 30 ganger raskere responstid; i absolutte konsentrasjoner, hundrevis av molekyler i submikroliter, «nesten 100 000 ganger mer følsom enn standard laboratorietester» (estimat fra institusjonell utgivelse). Disse tallene refererer til referanseverdier under studieforhold og krever ekstern validering.

Det som allerede er klart om «smertepunktene»

• Foreløpig krever prøvepreparering minisentrifuger/miksere for benkmontering; teamet jobber med miniatyrisering og automatisering, med mål om et fullstendig lommeformat og potensielt en hjemmetest.
• Den oppgitte universaliteten (moduler for ulike sykdommer) er utmerket på papiret, men for klinikken er det behov for separate kliniske studier for hvert analytiske mål (HIV, HCV, borreliose osv.) med testing av kryssreaksjoner, reagensstabilitet og kvalitet i forsyningskjeden.

Hvor kan dette gå?

I overskuelig fremtid ser NasRED ut som en plattform: én enhet + utskiftbare sensor-"tilbehør" for ønsket markør. Hvis modulariteten bekreftes, kan denne tilnærmingen fremskynde utrullingen av tester for nye utbrudd og utvide PoC-diagnostikk i klinikker, akuttmottak, mobile punkter og til og med i mobile team for vanskelig tilgjengelige grupper.

Kilde: Choi Y. et al. Nanopartikkelstøttet, rask og elektronisk deteksjon av SARS-CoV-2-antistoffer og antigener på subfemtomolært nivå. ACS Nano, publisert 11. august 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083