Progressi nei test a flusso laterale per la rilevazione dei virus

Il testing efficace è fondamentale per prevenire focolai di malattie virali. I test rapidi che possono essere usati sul posto (PoC) sono importanti perché possono diagnosticare le infezioni in modo rapido e semplice. L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha stabilito alcune qualità importanti che questi test dovrebbero avere. Devono essere accessibili, sensibili, specifici, facili da usare, veloci, affidabili, non necessitare di attrezzature speciali e accessibili per tutti. Queste qualità vengono spesso chiamate criteri ASSURED.

Recentemente, i dispositivi intelligenti hanno cambiato le regole del gioco, permettendo connessioni in tempo reale e rendendo più facile la raccolta dei campioni. Questo ha portato al nuovo termine REASSURED, che include le stesse qualità di ASSURED, più la connettività in tempo reale (R) e l'eco-sostenibilità (E).

Anche se ci sono molti metodi di laboratorio accurati, come la reazione a catena della polimerasi (PCR) e il saggio immunoenzimatico (ELISA), questi non soddisfano completamente i criteri REASSURED. Tuttavia, i saggi a flusso laterale (LFA) hanno guadagnato attenzione per la loro semplicità, velocità, portabilità e costi contenuti. Questi test sono realizzati con una membrana di nitrocellulosa (NC), che è un tipo speciale di carta che permette al liquido di fluire facilmente. Questo significa che gli LFA possono funzionare senza la necessità di pompe o attrezzature complesse.

#Usos Comuni degli LFA

Attualmente, gli LFA sono ampiamente usati per diagnosticare varie infezioni causate da virus, batteri e parassiti. Ad esempio, possono diagnosticare infezioni come HIV e COVID-19. Vengono anche utilizzati per verificare condizioni come la gravidanza e marcatori per malattie cardiache. Inoltre, gli LFA aiutano a monitorare problemi ambientali, la sicurezza alimentare e marcatori per il cancro. La popolarità degli LFA deriva dal loro basso costo, facilità d'uso e precisione ragionevole.

#Struttura degli LFA

Un LFA ha tipicamente più parti, inclusi un pad per il campione, una membrana NC, un pad coniugato, un pad assorbente e una scheda di supporto. L'intero assemblaggio è solitamente collocato all'interno di una camera di alloggiamento per facilitarne la manipolazione. Il pad per il campione è spesso fatto di cellulosa o fibra di vetro, mentre la membrana NC è usata per l'area di reazione. Questi componenti lavorano insieme per garantire che il test funzioni senza intoppi.

Anche se gli LFA possono essere molto versatili, forniscono principalmente risultati qualitativi. Questo significa che possono indicare se un analita è presente, ma non sono molto efficaci nel misurare basse concentrazioni di sostanze. Non riuscire a identificare basse concentrazioni è una limitazione significativa per questi test.

#Migliorare la Sensibilità negli LFA

Per migliorare la sensibilità degli LFA, i ricercatori stanno provando varie strategie. Studi recenti si concentrano sul miglioramento del Limite di Rilevamento (LoD) e sulla capacità di testare più analiti contemporaneamente. Un’area principale di ricerca è lo sviluppo di nanoparticelle (NP). Le nanoparticelle d'oro sono comunemente usate negli LFA per segnali visivi. La dimensione, la forma e la composizione di queste nanoparticelle possono influenzare la sensibilità del test. Le nanoparticelle più grandi tendono a produrre un segnale più forte, il che significa che il test può rilevare concentrazioni più basse.

Un altro modo per migliorare la sensibilità è modificare come è costruita la striscia LFA. Ad esempio, cambiando la posizione dei pad coniugati, i ricercatori possono aumentare la concentrazione dell'analita nella zona di test, potenziando notevolmente la sensibilità. Inoltre, controllare la velocità con cui il liquido si muove attraverso la membrana NC può anche migliorare le prestazioni del test.

#Meccanismi del Flusso Laterale

Il modo in cui i liquidi si muovono attraverso l'LFA può essere suddiviso in vari meccanismi:

1. Advezione: Questo è quando il movimento del fluido trasporta i reagenti con sé. È di solito il modo principale in cui le sostanze si muovono dal punto di applicazione del campione alla linea di test.

2. Diffusione: Questo è il processo più lento di sostanze che si distribuiscono uniformemente attraverso il liquido. Aiuta a garantire che i reagenti interagiscano con i recettori sulla linea di test.

3. Dispersione: Questo combina aspetti di advezione e diffusione, causando un allargamento della frontiera del reagente. Anche se questo aumenta le interazioni, può influenzare la nitidezza delle linee di rilevamento.

Il design dell'LFA può essere ottimizzato controllando questi meccanismi, migliorando così l'accuratezza del test.

#Fattori Chiave nelle Prestazioni dell'LFA

Un paio di numeri sono importanti per comprendere quanto bene funziona l'LFA:

• Numero di Péclet (PE): Questo mostra quanto è importante l'advezione rispetto alla diffusione nel test.
• Numero di Damköhler (Da): Questo confronta quanto velocemente avviene una reazione chimica rispetto a quanto velocemente si muovono le sostanze.

Un alto numero di Péclet indica che il flusso del liquido sta aiutando a portare rapidamente le nanoparticelle nell'area di test. Al contrario, un basso numero di Damköhler mostra che la velocità di reazione (quanto velocemente avviene il legame) è il fattore limitante per le prestazioni del test.

#Strategie per Migliorare l'Efficienza della Reazione

Migliorare la velocità di reazione è cruciale per massimizzare l'efficacia degli LFA. Ad esempio, i ricercatori hanno esplorato modi per rallentare il movimento del liquido nei test per consentire più tempo per specifiche interazioni tra i reagenti. Questo può aumentare la sensibilità e le prestazioni complessive.

Un metodo per rallentare il flusso è modificare chimicamente la membrana NC o cambiare il modo in cui sono disposti i componenti. Ad esempio, aggiungere barriere o utilizzare materiali diversi può aiutare a controllare la velocità del flusso, portando infine a risultati più accurati.

Diverse ricerche hanno mostrato successo con varie strategie per migliorare la cinetica delle reazioni e, di conseguenza, le prestazioni degli LFA. Rallentare il flusso può portare a una maggiore sensibilità nel rilevamento di vari analiti, come le proteine legate a malattie.

#Nuovi Approcci nel Design degli LFA

In questo contesto, il micromachining laser a femtosecondi è emerso come un modo innovativo per progettare microcanali nelle membrane NC. Questa tecnica aiuta a controllare il flusso del liquido attraverso la striscia di test, consentendo ai ricercatori di creare schemi specifici che influenzano i risultati del test.

Questi microcanali possono rallentare significativamente il flusso, aumentando il tempo di interazione tra l'analita e gli anticorpi. Questo porta a un cambiamento di colore più evidente nell'area di test, indicando un segnale più forte e quindi una migliore sensibilità per il rilevamento dell'analita target.

I risultati hanno mostrato che variando la larghezza e la lunghezza di questi microcanali, le prestazioni complessive dell'LFA possono essere notevolmente migliorate.

#Risultati Sperimentali e Riscontri

Lo studio ha dimostrato che i microcanali creati con il laser influenzano significativamente le velocità di flusso nelle membrane NC. Regolando la larghezza e la lunghezza di questi microcanali, i ricercatori hanno scoperto di poter ritardare sostanzialmente il flusso, talvolta oltre il 900%. Questo ritardo ha portato direttamente a una maggiore sensibilità nel rilevamento dell'analita SARS-CoV-2.

Quando il team ha confrontato gli LFA con microcanali incisi al laser con gli LFA standard, hanno osservato un aumento marcato dell'intensità delle linee di test. Ad esempio, quando i canali coprivano l'intera lunghezza della membrana, l'intensità aumentava di circa il 40%.

#Comprendere i Risultati

I risultati supportano l'idea che controllare la velocità di flusso negli LFA può avere un grande impatto sulla loro capacità di rilevare obiettivi. Aumentando il tempo durante il quale l'analita rimane a contatto con gli anticorpi, aumenta la probabilità di legame, risultando in una linea di test più evidente.

Questo metodo non solo migliora il rilevamento di analiti noti, ma potrebbe anche aprire la strada allo sviluppo di test futuri in grado di rilevare malattie più complesse in modo più accurato.

#Conclusione

In conclusione, l'avanzamento della tecnologia LFA attraverso strategie come il design dei microcanali migliora significativamente la sensibilità e l'accuratezza di questi strumenti diagnostici. Controllare il flusso all'interno della striscia di test può portare a migliori interazioni tra analiti e agenti di rilevamento, migliorando le prestazioni complessive del test.

Questa ricerca ha implicazioni per il futuro della diagnostica a punto di cura, suggerendo che design e metodi innovativi possono portare a test più affidabili e accurati per varie malattie. Man mano che questa tecnologia continua a evolversi, potrebbe avere un grande impatto sulla salute pubblica, consentendo diagnosi più rapide e accurate, specialmente durante focolai di malattie virali.

Il futuro degli LFA sembra promettente, e la ricerca continua in quest'area potrebbe portare a ulteriori progressi, rendendo il testing diagnostico rapido ancora più efficace e ampiamente disponibile per coloro che ne hanno bisogno.