Um grupo multidisciplinar que inclui a Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e a Universidade de Washington em Tacoma desenvolveu uma nova plataforma para diagnosticar doenças infecciosas no local de atendimento, usando um smartphone como instrumento de detecção em conjunto com um kit de teste no formato de um cartão de crédito. O grupo é liderado pelo professor de Engenharia Elétrica e da Computação de Illinois, Brian T. Cunningham; Professor de Bioengenharia de Illinois, Rashid Bashir; e, Professor David L. Hirschberg da Universidade de Washington em Tacoma, que é afiliado a Ciências e Matemática, divisão da Escola de Artes e Ciências Interdisciplinares.

As descobertas foram publicadas em Química Analítica , demonstrando a detecção de quatro doenças respiratórias em cavalos, e em Microdispositivos biomédicos , onde o sistema foi usado para detectar e quantificar a presença de Zika, Dengue, e o vírus Chikungunya em uma gota de sangue total. Colaboradores do projeto incluem Dr. David Nash, um especialista em equinos de prática privada e veterinário em Kentucky, e Dr. Ian Brooks, um cientista da computação no National Center for Supercomputing Applications.

O baixo custo, portátil, sistema integrado de smartphone fornece uma solução promissora para enfrentar os desafios do diagnóstico de doenças infecciosas, especialmente em ambientes com recursos limitados ou em situações em que um resultado é necessário imediatamente. A integração da ferramenta de diagnóstico com a tecnologia de comunicação móvel permite atendimento personalizado ao paciente e facilita o gerenciamento de informações para prestadores de serviços de saúde e esforços de vigilância epidemiológica. Mais importante, o sistema atinge limites de detecção comparáveis ​​aos obtidos por métodos e instrumentos laboratoriais, em cerca de 30 minutos.

Uma capacidade útil para diagnóstico de ponto de atendimento humano (POC) ou para um laboratório veterinário móvel, é testar simultaneamente a presença de mais de um patógeno com um único protocolo de teste, o que reduz o custo, economiza tempo e esforço, e permite um painel de patógenos, que pode causar sintomas semelhantes, para ser identificado.

As doenças infecciosas continuam sendo os maiores contribuintes mundiais para a morte humana e incapacidades, e com surtos recentes de infecções pelo vírus Zika, há uma grande necessidade de simples, confidencial, e testes de ponto de atendimento facilmente traduzíveis. O vírus Zika apareceu em destaque internacional no final de 2015, quando surgiram evidências de uma possível ligação entre uma epidemia que afeta o Brasil e o aumento das taxas de microcefalia em recém-nascidos. Zika se tornou um problema global generalizado - a Organização Mundial da Saúde (OMS) documentou no ano passado que, desde junho de 2016, 60 nações e territórios relatam transmissão contínua por mosquitos. Adicionalmente, uma vez que a infecção pelo vírus Zika compartilha sintomas com outras doenças, como Dengue e Chikungunya, rápido, um diagnóstico preciso é necessário para diferenciar essas infecções e determinar a necessidade de tratamento agressivo ou quarentena.

Para o esforço de pesquisa, cavalos foram usados ​​como um modelo animal para doenças respiratórias no homem e em animais de alimentação. Diz o Dr. David Nash "Muitas vezes, você pode desenvolver mais facilmente ferramentas de diagnóstico para uso humano ao entrar no desenvolvimento do lado animal das coisas primeiro. Muitas doenças aparecem primeiro nos animais, uma espécie de canário na mina de carvão. "

Um contribuidor importante do projeto, O Dr. Nash comenta sobre o impacto financeiro dos surtos de doenças infecciosas em cavalos:"É caro para os donos e treinadores de cavalos, e interrompe as operações comerciais de todos os esportes equinos. Considere isso - em 25 de dezembro, Em 2016, um único cavalo colocado no estábulo do Fair Grounds Race Course em Nova Orleans apresentou febre e, posteriormente, desenvolveu sintomas neurológicos. O laboratório de diagnóstico do estado ficava a 160 quilômetros de distância e estava fechado no feriado de Natal. O resultado final foi um surto de herpesvírus equino-1 (EHV-1) que resultou na quarentena de mais de 200 cavalos na pista de corrida e em uma grave perda financeira para os proprietários de cavalos e o proprietário da pista, Churchill Downs, Inc. Imagine as consequências se eles tivessem que adiar o Kentucky Derby devido a um surto de doença. "

A tecnologia se destina a permitir que os médicos diagnostiquem doenças rapidamente em seu consultório ou em campo, resultando em mais cedo, decisões de gerenciamento de pacientes mais informadas, ao mesmo tempo em que melhora significativamente o controle de surtos de doenças. Um pré-requisito importante para a adoção generalizada de testes pontuais ao lado do paciente é a disponibilidade de instrumentos de detecção baratos, portátil, e capaz de compartilhar dados sem fio pela Internet.

O sistema usa um smartphone comercial para adquirir e interpretar imagens em tempo real de uma reação de amplificação enzimática que ocorre em um chip microfluídico de silício que gera fluorescência verde e exibe uma leitura visual do teste. O sistema é composto por um smartphone não modificado e um berço portátil impresso em 3D que suporta os componentes ópticos e elétricos, e interfaces com a câmera traseira do smartphone.

O aplicativo de software operando no smartphone reúne informações sobre os testes realizados no cartão microfluídico, informações específicas do paciente, e os resultados dos ensaios, que são então comunicados a um banco de dados de armazenamento em nuvem.

Dr. Nash observa que, "Este projeto é uma virada de jogo. Este é o futuro da medicina - profissionais de saúde da linha de frente com poderes. Não podemos impedir vírus e bactérias, mas podemos diagnosticar mais rapidamente. Conseguimos demonstrar o benefício claro para a humanidade, bem como para os animais, durante a fase de proposta do projeto, e nossos resultados comprovaram nossa premissa. Próximo, Eu quero ir para o campo, vários sites, múltiplas localizações geográficas, e teste em situações do mundo real. "

A estudante de pós-graduação e assistente de pesquisa da U of I, Fu Sun, vê este projeto como a realização de um de seus principais objetivos de carreira:"Entrei na faculdade com a esperança de fazer um mundo melhor desenvolvendo dispositivos biomédicos que possam facilitar a prevenção eficaz de doenças, diagnóstico, ou tratamento. Este projeto está em linha com o meu objetivo, pois fornece uma solução point-of-care para o diagnóstico rápido de doenças infecciosas. Conectado a um banco de dados em nuvem por meio de um smartphone, ajuda os provedores de saúde em campo a abraçar a era do big data e da Internet das coisas. "

O sistema representa a única plataforma até o momento que pode multiplexar a detecção de alvos virais e outros ácidos nucléicos em um ponto de atendimento portátil usando uma gota de fluido corporal, incluindo sangue total.

Para o Dr. Nash, a experiência de trabalhar com a equipe da Universidade de Illinois e outros colaboradores do projeto foi ótima, como ele comenta "Uma equipe diversificada foi criada aqui. Um grupo de pessoas muito inteligente! Não consigo imaginar entrar em um projeto sem engenheiros agora."