Colorimetric/chemiluminescent vertical flow immunoassay based on multifunctional cobalt–gold bimetallic nanoclusters for Brucella antibody detection and deep learning- assisted semiquantitative analysis
Questo studio presenta un saggio immunologico a flusso verticale colorimetrico/chemioluminescente che utilizza nanocluster bimetallici cobalto–oro protetti da glutatione come sonde catalitiche multifunzionali per il rilevamento sensibile degli anticorpi di Brucella, il quale è ulteriormente potenziato da un'analisi semiquantitativa basata sul deep learning per ottenere un'elevata accuratezza e un'interpretazione standardizzata nei campioni clinici.
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La rilevazione delle malattie si basa spesso sul trovare tracce minuscole delle proteine di difesa del corpo stesso, note come anticorpi, che compaiono quando il sistema immunitario combatte un'infezione. Per una grave malattia batterica chiamata brucellosi, che si trasmette dagli animali all'uomo e causa febbre e dolori articolari, trovare questi anticorpi rapidamente è vitale. I metodi tradizionali possono richiedere giorni o attrezzature di laboratorio complesse che non sono disponibili nelle zone remote. Gli scienziati cercano da tempo un modo per rendere questi test semplici come un test di gravidanza, ma sensibili come una macchina di laboratorio ad alta tecnologia. La sfida consiste nel vedere segnali molto deboli quando l'infezione è appena iniziata o quando la quantità di anticorpo è bassa, poiché il rumore di fondo della striscia reattiva può facilmente nascondere la risposta.
Un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo tipo di test rapido che risolve questo problema combinando un materiale speciale con un programma informatico intelligente. Hanno creato un test a flusso verticale, in cui il liquido si muove dritto verso l'alto attraverso una striscia di carta invece che lateralmente, permettendo un migliore controllo della reazione. Al cuore di questo sistema ci sono minuscoli cluster ultra-piccoli di atomi metallici fatti di oro e cobalto, avvolti in un guscio protettivo. Questi cluster fungono da strumento a duplice scopo: aderiscono agli anticorpi specifici che il test sta cercando e agiscono anche come un catalizzatore chimico capace di innescare due diversi tipi di segnali luminosi. Un segnale è un colore blu visibile che appare quando viene aggiunto un prodotto chimico, mentre l'altro è una debole luce fluorescente che non richiede alcuna lampada esterna per essere vista.
I ricercatori hanno scoperto che questo materiale a base di cluster metallici è straordinariamente efficace nell'amplificare i segnali deboli. Quando la striscia del test cattura gli anticorpi, i cluster metallici si radunano in un punto specifico. Se la quantità di anticorpo è molto piccola, i cluster sono pochi e il colore risultante potrebbe essere troppo pallido per essere visto a occhio nudo. Tuttavia, quando viene aggiunta una soluzione chimica, i cluster metallici accelerano una reazione che trasforma un liquido trasparente in blu. Questo processo rende il segnale debole molto più forte e facile da individuare. Ancora più utile è il secondo segnale, un bagliore chimico che si verifica quando i cluster metallici reagiscono con un altro prodotto chimico. Questo bagliore è molto costante e dura a lungo, fornendo un'immagine chiara contro uno sfondo scuro. Poiché il bagliore non dipende dalla luce esterna, rivela dettagli che il colore blu potrebbe perdere, specialmente quando il risultato del test è al limite.
Per garantire che le persone che leggono il test non debbano indovinare se una macchia tenue sia positiva o negativa, il team ha addestrato un programma informatico per analizzare le immagini. Hanno insegnato a un tipo di intelligenza artificiale di guardare la striscia del test e misurare la dimensione e la luminosità delle macchie colorate con estrema precisione. Inveve di lasciare che un occhio umano cerchi di decidere se un punto sia abbastanza grande, il computer calcola l'esatto rapporto tra il punto del test e il punto di controllo. Questo metodo elimina l'errore umano e permette al test di essere graduato in quattro livelli di intensità, dal negativo al positivo forte. Il computer è stato in grado di eguagliare i risultati del test di laboratorio standard in quasi tutti i casi, identificando correttamente i campioni positivi con alta precisiono.
In una piccola prova utilizzando campioni di sangue reali da pazienti, il nuovo test ha performato eccezionalmente bene. La versione che utilizzava il colore blu ha identificato correttamente il 95 percento dei campioni infetti, mentre la versione a luce fluorescente ha identificato il 95 percento degli infetti e il 100 percento dei sani. Ciò significa che il metodo del bagliore non ha prodotto falsi allarmi in questo gruppo. Il test si è anche dimostrato stabile, mantenendo la sua efficacia per almeno un mese quando conservato in un frigorifero. I ricercatori sottolineano che, sebbene i risultati siano promettenti, lo studio è stato condotto con un numero limitato di campioni e sono necessari test più ampi per confermare queste scoperte in diverse popolazioni.
Questo lavoro dimostra che è possibile costruire un singolo dispositivo semplice che offre molteplici modi per leggere un risultato, da un rapido controllo visivo a una misurazione altamente sensibile a luce fluorescente. Accoppiando questi segnali fisici con un'analisi informatica intelligente, i ricercatori hanno creato uno strumento che potrebbe portare la diagnostica di alta qualità in luoghi privi di laboratori avanzati. L'approccio mostra come combinare materiali avanzati con l'intelligenza digitale possa rendere i test medici più affidabili, specialmente quando i segni della malattia sono deboli e difficili da vedere.
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