Λογισμικό που βοηθά στην επιτάχυνση της διαδικασίας δημιουργίας νέων διαγνωστικών τεστ θα μπορούσε να βοηθήσει στην καταπολέμηση μελλοντικών πανδημιών, λένε οι προγραμματιστές του. Μια ομάδα βιομηχανικών και χημικών στη Σκωτία και την Κίνα ανέπτυξε ένα σύστημα που προτείνει νέα μονοπάτια αντίδρασης για να επιταχύνει το σχεδιασμό και την ανάπτυξη νέων διαγνωστικών δοκιμασιών. Το σύστημα, το οποίο είναι πλέον δωρεάν διαθέσιμο σε άλλους ερευνητές σε όλο τον κόσμο για διερεύνηση, προσαρμογή και χρήση, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό των πρώιμων σταδίων μη μολυσματικών ασθενειών όπως ο καρκίνος, κάτι που θα μπορούσε να βοηθήσει τους ασθενείς να λαμβάνουν πιο έγκαιρη θεραπεία.
Λεπτομέρειες για την μελέτη
Σε μια νέα εργασία που δημοσιεύτηκε σήμερα στο περιοδικό Nature Communications, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης στο Ηνωμένο Βασίλειο και το Πανεπιστήμιο της Σαγκάης Jiao Tong στην Κίνα περιγράφουν πώς ανέπτυξαν και απέδειξαν την αποτελεσματικότητα του συστήματός τους. Ξεκίνησαν αναπτύσσοντας γραφήματα αντίδρασης – αναπαραστάσεις των εμβιομηχανικών διεργασιών που επιτρέπουν γρήγορες διαγνωστικές δοκιμές όπως η ενίσχυση διασταυρούμενης εκκίνησης (CPA) και η ενίσχυση DNA με τη μεσολάβηση βρόχου (LAMP). Σε αντίθεση με τις δοκιμές αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης ή PCR, που απαιτούν πρόσβαση σε εξελιγμένα εργαστήρια που λειτουργούν από εκπαιδευμένο προσωπικό, οι ισοθερμικές δοκιμές όπως το LAMP μπορούν να προσφέρουν γρήγορα, ακριβή αποτελέσματα δημιουργώντας αλληλεπιδράσεις μεταξύ χημικών ουσιών και κλώνων DNA που περιέχονται στα δείγματα ασθενών και παρέχοντας γρήγορα αποτελέσματα στο σημείο φροντίδας.
Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις, αυτά τα rapid test σχεδιάζονται και αναπτύσσονται για συγκεκριμένο σκοπό, ο οποίος μπορεί να δημιουργήσει περιττή πολυπλοκότητα και να δυσχεράνει την εύκολη προσαρμογή μιας δοκιμής για χρήση σε διαφορετική διάγνωση. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια πιο γενικευμένη προσέγγιση για τη δημιουργία νέων δοκιμών, κατασκευάζοντας ένα εργαλείο λογισμικού ικανό να μετατρέπει τα γραφήματα αντιδράσεων σε προτάσεις για το πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν χημικοί εκκινητές και αντιδράσεις για τη δημιουργία των επιθυμητών διαγνωστικών αποτελεσμάτων. Στο έγγραφο, η ερευνητική ομάδα περιγράφει πώς διερεύνησε την αποτελεσματικότητα του λογισμικού χρησιμοποιώντας το για να σχεδιάσει τους χημικούς εκκινητές και τις αντιδράσεις για τέσσερις διαφορετικές διαγνωστικές δοκιμές – τρεις για μολυσματικές ασθένειες και ένα για τον καρκίνο, μια μη μεταδοτική ασθένεια.
Δημιούργησαν με επιτυχία ένα πολυπλεγμένο τεστ για μια μορφή HIV με υψηλά επίπεδα παραλλαγών αλληλουχίας, ένα εξαιρετικά ευαίσθητο τεστ για τη φυματίωση και μια μελέτη για την ανάλυση κλινικών δειγμάτων ασθενών για την παρουσία ηπατίτιδας Β. Ανέπτυξαν επίσης μια ανάλυση για την ανίχνευση σύντομων αλληλουχιών miRNA που σχετίζονται με τη διάγνωση και την πρόγνωση καρκίνων, συμπεριλαμβανομένου του στοματικού ακανθοκυτταρικού καρκινώματος, του καρκίνου του μαστού και του γλοιώματος. Χρησιμοποίησαν τις πρόσφατα σχεδιασμένες διαγνωστικές τους δοκιμασίες για να δοκιμάσουν δείγματα που προέρχονται από ασθενείς από κλινικά εργαστήρια στην Κίνα. Στη συνέχεια, επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματά τους χρησιμοποιώντας ξεχωριστές δοκιμές PCR. Έλεγξαν τα αποτελέσματά τους έναντι των διαγνωστικών LAMP για τις ίδιες ασθένειες, διαπιστώνοντας ότι τα αποτελέσματά τους ήταν πιο συγκεκριμένα και αναπαραγώγιμα από τα τεστ LAMP.
Σημασία των ευρημάτων
Ο καθηγητής Jon Cooper, της Σχολής Μηχανικών James Watt του Πανεπιστημίου της Γλασκώβης, είναι ο κύριος συγγραφέας της εργασίας. Ο καθηγητής Cooper είπε: “Εργαζόμαστε εδώ και πολλά χρόνια για την ανάπτυξη ισοθερμικών τεστ για ασθένειες όπως η ελονοσία και η ηπατίτιδα C για χρήση σε μέρη του κόσμου όπου η αξιόπιστη πρόσβαση σε δοκιμές PCR είναι περιορισμένη. Κατά τη διάρκεια της κατασκευής αυτών των διαγνωστικών συστημάτων, κατέστη σαφές ότι χτίζαμε επίσης μια κατανόηση για το πώς θα μπορούσαμε να κάνουμε μια πιο γενικευμένη προσέγγιση στις δοκιμές για συγκεκριμένους βιοδείκτες. Το προγραμματιζόμενο σύστημά μας αυτοματοποιεί πολλές από τις πρώιμες εργασίες δοκιμής και λάθους που αφορά την ανάπτυξη νέων δοκιμών και δείξαμε ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιόπιστη διάγνωση μιας χρήσιμης διατομής μεταδοτικών και μη μεταδοτικών ασθενειών Είναι μια συναρπαστική ανακάλυψη και προτείνει πολλές πιθανές εφαρμογές στην ιατρική.”
Ο Δρ. Julien Reboud, συν-συγγραφέας της εργασίας από το Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης, πρόσθεσε: “Η πανδημία έχει διδάξει στον κόσμο πόσο ζωτικής σημασίας είναι να αναπτύσσει γρήγορα ακριβή, ευαίσθητα, ειδικά διαγνωστικά για την παρακολούθηση νέων ασθενειών και άμεση θεραπεία. Το προγραμματιζόμενο σύστημά μας προσφέρει μια νέα διαδρομή για την υποστήριξη αυτού του είδους γρήγορης διαγνωστικής ανάπτυξης. Θέλουμε να το κάνουμε όσο το δυνατόν πιο προσιτό σε άλλους ερευνητές σε όλο τον κόσμο, επομένως έχουμε κάνει όλα τα γραφήματα και τα δεδομένα μας ελεύθερα διαθέσιμα στο διαδίκτυο. Εμείς ελπίζουμε ότι θα είναι πραγματικά χρήσιμο σε ερευνητές και κλινικούς γιατρούς σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και ανυπομονούμε να δούμε τις νέες εφαρμογές που θα βρουν για το σύστημα.”