Ikke-invasiv TB-triage og patientkortlægningsplatform ved hjælp af vejrtrækning via billig titandioxid nanorørsensor

TB er en infektionssygdom forårsaget af forskellige stammer af mykobakterier. Det inficerer typisk lungerne og spredes gennem luften, når en inficeret patient nyser, hoster eller spytter. Når dette sker, bliver TB-bacillerne drevet op i luften i dråber, der kan forblive suspenderet i lange perioder. En person skal simpelthen inhalere en lille mængde baciller for at blive inficeret.

Konventionelle metoder til TB-detektion og -diagnose udføres traditionelt på laboratorier eller hospitaler. For eksempel er den mest almindelige metode til diagnosticering af TB syrehurtig farvning af en opspytprøve, som derefter efterfølges af en opspytprøvemikroskopi. En ulempe ved sputumsmear-testen er imidlertid dens ringe følsomhed, som anslås at være på 70 %. Derudover har følsomheden af ​​sputumudstrygningsspektroskopi i felten vist sig at være meget lavere (35%), især i populationer, der har høje forekomster af TB og HIV samtidig infektion. Dyrkning af mykobakterier fra sputumprøver er en mere følsom teknik. Sputumprøver opsamles og dyrkes i enten faste medier eller flydende medier på udkig efter tilstedeværelsen af ​​mycobakterien. Denne metode tager imidlertid tid at udføre (3-4 uger for faste kulturer og 10-14 dage for flydende kulturer), hvilket gør det vanskeligt at anvende i miljøer med lav ressource, som typisk er langt fra testfaciliteter.

For nylig er andre teknologier blevet udviklet, herunder fluorescensmikroskopi til smear-tests (10 % mere følsom end lysmikroskopi), LED fluorescensmikroskopi til billigt billedbehandlingsudstyr, der kan bruges i marken uden behov for et mørkekammer, og hurtige dyrkningsteknikker til at reducere inkubationstid. På trods af alle de forbedringer, der er foretaget i TB-diagnostik, er der i øjeblikket ingen enkel, billig POC-test tilgængelig. De ovennævnte teknikker fokuserer enten på variationer af mikroskopi eller dyrkningsteknik. I begge tilfælde kræver disse metoder laboratoriefaciliteter og højtuddannet personale, som typisk ikke er tilgængelige i mange landdistrikter eller områder med lav ressource.

Nyere forskning har vist, at forskellige stammer af mykobakterien producerer forskellige gasformige flygtige biomarkører, der kan bruges som en metode til at påvise og identificere mykobakterien. Specifikt fandt Syhre og Chambers, at Mycobacterium tuberculosis og Mycobacterium bovis kulturer afgiver fire specifikke flygtige organiske biomarkører (VOB'er): methylphenylacetat, methyl p-anisat, methyl nikotinat og o-phenylanisol. Disse forbindelser var påviselige før det visuelle udseende af kolonier, hvilket kunne have implikationer ved påvisning af latent TB-infektion. Syhre et al. var i stand til at påvise statistisk signifikante forskelle mellem methylnikotinat i åndedrættet hos smear-positive TB-patienter sammenlignet med raske (smear-negative) forsøgspersoner. Analyser i disse undersøgelser blev udført ved hjælp af gaskromatografi/massespektroskopi-analyseværktøjer. Selvom de er effektive til at identificere og kvantificere komplekse gasprøver, er de dyre, omfangsrige og ikke egnede til point of care (POC) diagnostik.

Disse udfordringer forbundet med diagnosticering af TB er betydelige, da TB er den næststørste dødsårsag på grund af en enkelt infektiøs organisme og er ansvarlig for 1,3 millioner dødsfald årligt (over 3.500 hver dag), ifølge WHO. Samlet set er anslået 2 milliarder mennesker i øjeblikket smittet på verdensplan med 8,6 millioner nye aktive infektioner, der forekommer hvert år.[8] Hver af disse individer kan overføre sygdommen til 10 til 15 personer om året og står over for en dødelighed på 50 %, hvis de ikke behandles. Den økonomiske byrde af TB er svimlende, da Verdensbanken vurderer, at lande med høj byrde kan miste op til 7 % af BNP på grund af produktivitetstab fra TB-patienter og deres viceværter. Det er så kritisk, at Verdensbanken forpligtede 100 millioner dollars til at teste for og behandle TB i Indien alene i 2014.

Ud af de 8,6 millioner nye aktive TB-tilfælde, der opstår årligt, anslår WHO, at omkring 3 millioner af disse patienter er "savnet" og ikke modtager den diagnose eller pleje, de har brug for. En af de primære årsager til dette hul er forsinkelser i adgangen til TB-relateret behandling eller lange gennemløbstider for diagnostiske tests. Som følge heraf er det særligt nødvendigt at udvikle nye store screeningstests (også kendt som triage- eller "udelukke"-tests) på grund af det faktum, at op til 80 % af de mennesker, der testes for TB, ikke har aktiv sygdom, hvilket strækker det begrænsede og værdifulde. ressourcer, der er afsat til diagnostisk testning. Som et resultat heraf rangerede FIND, en af ​​verdens førende inden for vejledning og koordinering af forskning og udvikling for sygdomme som TB, udviklingen af ​​nye screeningstests som en af ​​top 3-prioriteterne i kampen mod TB.

Denne pilotundersøgelse vil blive udført for at afgøre, om en nyudviklet sensormetode til screening af TB ved POC baseret på flygtige biomarkører er mulig gennem brugen af ​​en billig solid-state sensor ved hjælp af funktionaliserede 3D TiO2 nanorør-arrays, der binder de flygtige biomarkører. Hvis den kliniske følsomhed er tilstrækkelig, kan denne teknologi give et middel til at identificere mange af de "forsvundne" TB-patienter og tillade, at testressourcer og indsats fokuseres på dem, der har størst risiko for at få sygdommen.

Tidligere har vi testet åndedrætsprofilen for et lille antal patienter fra lokale TB-klinikker og har bekræftet tilstedeværelsen af ​​disse biomarkører i deres åndedræt (IRB_0065207). Større patientundersøgelser er nu påkrævet for at få et skøn over sensitiviteten og specificiteten for at bestemme potentialet ved at bruge sensoren som en screeningstest. Denne undersøgelse vil blive udført i Mumbai, Indien med universitetets Research Electronic Data Capture (REDCap)-system, der bruges til at indsamle og opbevare data fra denne undersøgelse sikkert.

Denne undersøgelse er blevet gennemgået og godkendt af Mahatma Gandhi Mission Institute of Health Sciences Ethical Committee for Research on Human Subjects og Scientific Advisory Committee.