إن فيروس نقص المناعة البشرية أو ببساطة فيروس نقص المناعة البشرية هو وباء القرن العشرين. عنوان عالي جدًا ، لكنه ليس مبالغًا فيه. أودى هذا المرض بحياة الملايين. وكل عام يزداد عدد ضحايا هذا المرض الخبيث ، وكذلك عدد الدراسات التي تهدف إلى علاج وتشخيص فيروس نقص المناعة البشرية. أي مرض ، وفيروس نقص المناعة البشرية ليس استثناء ، هو أسهل علاج في المراحل المبكرة من التطور. لكن هذا يتطلب طريقة للتعرف عليه في أقرب وقت ممكن ، حتى قبل أن تبدأ الأعراض الأولى في الظهور. عندما تقطع ، على سبيل المثال ، قطع إصبع ، ترى قطعًا ، أي أنك تعرف بوضوح ما يجب معالجته. يمكن أن يعيش فيروس نقص المناعة البشرية في جسم الإنسان دون أن يظهر نفسه ، أي بدون أعراض لبعض الوقت. سننظر اليوم في اختراع جديد يمكن أن يحدد بسرعة ودقة وجود فيروس نقص المناعة من خلال جهاز صغير متصل بهاتف ذكي. كيف يعمل هذا الابتكار ، وما مدى دقة نتائجه وما الذي يخطط له الباحثون في المستقبل؟ سنبحث عن إجابات لهذه الأسئلة وغيرها في تقرير مجموعة البحث.
الأساس النظريإن الحديث عن الأمراض أمر غير سار ولكنه ضروري. كلما عرفنا أكثر عنهم ، كان بإمكاننا حماية أنفسنا وأحبائنا من تأثيرهم بشكل أفضل.
أظهر فيروس نقص المناعة البشرية - فيروس نقص المناعة البشرية لأول مرة كشره الرهيب مرة أخرى في أوائل 80s من القرن الماضي. ثم لم يكن أحد يعرف ما هو ، ولم يكن للفيروس نفسه حتى اسم. أظهرت الأبحاث الإضافية أن فيروس نقص المناعة البشرية هو فيروس ارتجاعي يصيب الخلايا في جهاز المناعة في الجسم ، وهو أحد أهم الأجهزة. تأثير الفيروس هو قمع الدفاع المناعي وتطوير متلازمة نقص المناعة المكتسب من الإيدز. في هذه الحالة ، يبقى الجسم بلا حماية ، ويمكن لأي إصابة ، حتى أخف ، (وكذلك الخلايا السرطانية) أن تؤثر عليه بشكل كبير. في الأساس ، يدمر فيروس نقص المناعة البشرية دفاعنا ويسيطر الأعداء في وجه العدوى بهدوء على الجسم.
فيروس نقص المناعة البشرية لديه آلية اتصال لانتقال العدوى. يمكن أن تحدث العدوى من خلال ملامسة الدم أو السائل المنوي أو حليب الثدي أو سوائل البذرة أو الإفرازات المهبلية. وبعبارة أخرى ، يعد الجماع غير المحمي والأدوات الطبية المصابة وحتى الإبر غير المصابة في صالات الوشم طريقة رائعة لنشر الفيروس. في فترة ظهور فيروس نقص المناعة البشرية ، عندما انتشر الذعر بين السكان بشكل أسرع من المعلومات الموثوقة حول ما هو فيروس نقص المناعة البشرية وكيفية انتشاره ، كان يعتقد أن العدوى قد تكون من مصافحة بسيطة. هذه خرافة ، لأن الفيروس لا ينتشر من خلال لمسة بسيطة مع شخص مصاب. ومع ذلك ، فإن خيار العدوى هذا ممكن أيضًا ، ولكن فقط في حالة الجروح المفتوحة على أيدي المصابين والمصابين المحتملين للعدوى. أنا لا أتحدث عن حقيقة أن البعض يعتبر البعوض لنقل فيروس نقص المناعة البشرية (البعوض يشرب دم المريض ، وبعد عض شخص سليم ، يمكن أن يصيبه) هو أيضا أسطورة.
انتشار فيروس نقص المناعة البشرية في جميع أنحاء العالم وفقًا لمنظمة الصحة العالمية (2017).لن أصف بالتفصيل الفيروس وعواقب تطوره في الجسم ، لأننا لن نناقش الكثير من الفيروس نفسه كطريقة جديدة لتشخيصه. ولكن تجدر الإشارة إلى أن فيروس نقص المناعة البشرية هو فيروس مريض يمكن أن يتحور في جسم الشخص المصاب بمرور الوقت ، مما يجعله أكثر مقاومة لمختلف طرق الاحتواء أو العلاج. هذا سبب آخر لا بد من الكشف عنه في أقرب وقت ممكن. كلما زاد وقت الفيروس ، كان أقوى ، وأضعف الشخص المصاب.
مما يتكون الجهاز؟يقول العلماء المشاركون في هذه الدراسة أن واحدة من أخطر المشاكل والحواجز في التشخيص المبكر لفيروس نقص المناعة البشرية ، مثل الأمراض الأخرى ، في العالم هي الافتقار إلى الظروف المناسبة: المختبرات والأفراد والمرافق الطبية. هذا هو السبب في أنهم قرروا إنشاء جهاز يمكن أن يشير بدقة إلى ما إذا كان هناك فيروس في الجسم أم لا. يمكن بالفعل فحص مستويات السكر في الدم لفترة طويلة باستخدام الأجهزة المدمجة المحمولة (أجهزة قياس السكر) ، أي دون الحاجة إلى زيارة المختبر وانتظار نتائج الاختبار لعدة أيام. تكلفة هذه الأجهزة منخفضة للغاية ، والتي تصاحب توزيعها أيضًا.
يمكن وصف الجهاز الذي سنتعرف عليه اليوم بإيجاز على النحو التالي: محلل متنقل من أجل التحديد الجزيئي لفيروس العوز المناعي البشري -1 استنادًا إلى تضخم حراري حلقة (LAMP) ومحركات نانوية (CALM). والآن ، بالترتيب.
المحركات النانويةتسمى المحركات النانوية (تسمى أيضًا المحركات الصغيرة) بالأجهزة الجزيئية المجهرية القادرة على تحويل الطاقة أثناء الحركة. إذا تم وضعها في محلول كيميائي محدد ، فإنها تبدأ في التحرك بشكل مستقل على طول مسار معين ، والذي يمكن استخدامه في التشخيص ، وحتى في إمدادات الطاقة للأجهزة التكنولوجية النانوية.
مخطط تشكيل الحركية الدقيقة لفحص فيروس نقص المناعة البشرية.المحركات الدقيقة عبارة عن مجالات مصنوعة من البوليسترين المطلي بجسيمات نانوية Pt (البلاتينية) بكثافة 1.04 جم / سم. علاوة على ذلك ، تم استخدام الجسيمات النانوية Au (الذهبية) أيضًا لتعديل المحركات الدقيقة ذات مسببات الحمض النووي (في الرسم البياني أعلاه ، يتم تقديمها على أنها "مخالب" حمراء).
أظهر TEM (مجهر إلكتروني الإرسال) أن الجسيمات النانوية البلاتينية والذهبية المستخدمة في طلاء المحركات الصغيرة كانت كروية الشكل وكان قطرها 57.721 ± 5.181 نانومتر (Pt) و 3.43 ± 1.336 نانومتر (Au).
أعلاه هي صور TEM وقوارير صور مع جزيئات نانوية معدة ونتائج التحليل الطيفي البصري.كان من الضروري التحقق من مدى كفاءة التقاط مسبار الحمض النووي لمحرك دقيق متشكل بالكامل لجزيئات الحمض النووي. لهذا ، تم استخدام تقنية
الاغاروز * (C
12 H
18 O
9 ) الكهربائي للهلام.
Agarose * هو عديد السكاريد الخطي الذي يتكون من سلسلة من بقايا β-D-galactopyranose و 3،6-anhydride-α-L-galactopyranose مرتبط برابطة 1 → 4. تم الحصول عليها من أجار.
سمحت لنا هذه التقنية بتأكيد أن المحركات الدقيقة لها مسبار DNA على سطحها ، لأنها كانت قادرة على إرفاق جزيء DNA اصطناعي يبلغ حوالي 180 bp (قواعد مزدوجة) ، وهي نتيجة ممتازة لمثل هذه العينة (الاصطناعية) (الصورة على اليسار). كانت درجة كفاءة الالتقاط خلال الاختبارات الأولى حوالي 30٪ ، وهو ما يؤكده قياس الفلور (الصورة على اليسار).
هنا نرى كيف تتحرك المحركات الصغيرة في محلول بتركيزات مختلفة من H
2 O
2 (0 ، 5 ، 10 و 15٪).
كان من الضروري أيضًا التحقق من أهم ميزة للمحركات الدقيقة - الحركة. لهذا ، تم استخدام حل مع أو بدون H
2 O
2 (مقارنة المسارات في الصورة
د أدناه). عندما كان بيروكسيد الهيدروجين غائبًا ، اهتزت المحركات الدقيقة ، والتي كانت بسبب الحركة البراونية. عندما بدأ إدخال H2O
2 في المحلول ، زادت سرعة المحركات الدقيقة بنحو 0.7 ميكرومتر / ثانية لكل 1 ٪ بيروكسيد الهيدروجين في المحلول.
قياس سرعة المحركات الصغيرة في محلول اختبار.يوضح الشكل (
أ) اعتماد سرعة المحركات الصغيرة بقطر 6 ميكرومتر وتركيز H
2 O
2 في المحلول. أيضا (على اليمين) لقطة من المحرك الصغير ومساره. يوضح الرسم البياني
ب درجة استقرار المحركات الدقيقة عند درجات حرارة مختلفة في محلول بيروكسيد الهيدروجين بنسبة 5٪. أدناه (الرسم البياني واللقطة) نرى كيف يتغير مؤشر الاستقرار بمرور الوقت (120 ثانية) ، بالإضافة إلى مسار الحركة بالفعل في حل 15 ٪. يظهر متوسط الإزاحة المربعة الجذرية بمرور الوقت في الرسوم البيانية
e : النقاط السوداء - حل بدون H
2 O
2 ، أحمر - 5٪ H
2 O
2 .
أدناه ، في الصورة
f ، نرى أنه ليس فقط حالة الحل حيث توجد المحركات الدقيقة تؤثر على سلوكها ، ولكن المحركات الدقيقة نفسها ، وبتعبير أدق هيكليتها ، تغيرها أيضًا بشكل كبير. نرى كيف أن المحركات الصغيرة التي يبلغ قطرها 3 ميكرومتر دون رشها من البلاتين والذهب تتحرك (خطوط زرقاء) مقارنة بالمحركات الدقيقة المختبرة بقطر 6 ميكرومتر (خطوط حمراء). إلى يمين مقارنة المسارات توجد مقارنة بين متوسط الإزاحة المربعة للمحركات الدقيقة (قطرها 3 ميكرومتر و 6 ميكرومتر).
جهاز محمولتم استخدام Motorola XT1575 (نظام التشغيل Android) لتصور وتتبع المحركات الصغيرة (أي لمراقبة كيفية حدوث التشخيص).
مظهر وتفاصيل الجهاز.أحد المكونات المهمة للجهاز هو الشريحة اللازمة للتحقق من حركة المحركات الصغيرة. وهي مصنوعة من ميثاكريلات البولي ميثيل (زجاجي). تم إرفاق قاعدة زجاجية مع "قناة" مقطوعة بالليزر بعرض 2 مم باستخدام طبقة 80 ميكرون من الغراء.
مظهر الرقاقة وأبعادها.كما يتبين من الصور أعلاه ، فإن الرقاقة ليست الجزء الوحيد من الجهاز. تم تصنيع العلبة الزرقاء القابلة للإزالة من مواد غير مكلفة على طابعة ثلاثية الأبعاد. يوجد داخل هذه الحالة مصباح LED أبيض وبطارية 3.3 فولت ومفتاح وعدسات بصرية غير مكلفة. أيضًا في حالة وجود حامل عينة يسمح لك بوضعها بين العدسات وكاميرا الهاتف.
والآن حول مكون البرنامج. تم إنشاء البرنامج في Android Studio باستخدام مكتبات OpenCV 3.1.0. لقد تم جعل الواجهة ، وفقًا للعلماء ، واضحة وعملية قدر الإمكان للمستخدمين.
واجهة اختبار فيروس نقص المناعة البشرية.عندما يتم وضع العينة في الجهاز ، يقوم البرنامج بتسجيل مقطع فيديو (30 إطارًا في الثانية ، 320 × 240 بكسل) ، والذي يوضح حركة المحركات الصغيرة ، ويحسب سرعتها وفي غضون دقيقة واحدة يعطي نتيجة التحليل.
تضخيم العروة (LAMP)ما مدى فعالية النظام الحركي الصغير في التعرف على فيروس نقص المناعة البشرية -1؟ الجواب على هذا السؤال يكمن في ردود فعل لامب. للاختبار ، تم تحضير عدة عينات بتركيزات مختلفة من HIV-1 RNA (حمض ريبونوكلييك). تم تقييم نتيجة التضخيم بواسطة الرحلان الكهربائي للهلام.
اختبار LAMP.أظهرت نتائج الرحلان الكهربائي التكوين المتدرج لأمبليكون DNA الكبير (تسلسل الحمض النووي ، نتيجة التضخيم). كان عدد أمبليكونس متناسبا مع تركيز فيروس نقص المناعة البشرية -1 رنا.
تم خلط المحركات الصغيرة مع أمبليكون RNA HIV-1 ، مما يجعل من الممكن الخضوع لعملية تهجين (عند درجة حرارة 80 درجة مئوية). بعد ذلك ، تم اختبار "الخليط" الناتج في محلول 5٪ من H2O2. عندما كانت مضخمات الحمض النووي الريبي لفيروس العوز المناعي البشري -1 موجودة في النظام ، تم تقليل سرعة المحركات الدقيقة إلى حد كبير ، بحوالي 95.26٪. لوحظ انخفاض في المعدل حتى عند تركيز منخفض من amplicons (حوالي 3.394 ± 0.245 نانوغرام / ميكرولتر).
إظهار الحركة الحركية الدقيقة في غياب HIV-1 RNA.
إظهار الحركة الحركية الدقيقة في وجود فيروس HIV-1 RNA.تمكن العلماء أيضًا من استعادة المحركات الدقيقة وسرعتها. لهذا ، تم حضانة العينة "المصابة" بمحركات دقيقة وأمبليكونز لمدة 30 ثانية عند درجة حرارة 90 درجة مئوية. هذا جعل من الممكن تحرير amplicons من تحقيقات الحمض النووي الدقيقة. تبع ذلك الطرد المركزي 6000 × جم لمدة 5 دقائق. أظهر التحقق من العينة التي تم الحصول عليها في محلول 5٪ من H
2 O
2 أنه تم استعادة سرعة المحرك الصغير إلى المستوى 75.52٪ من الأصل ، قبل الاختبار بمشاركة أمبليكات HIV-1 RNA.
تم اختبار تفاعل النظام مع أنواع أخرى من الفيروسات المنقولة جنسياً: التهاب الكبد C و B ، الهربس ، فيروس الورم الحليمي 16 (HPV-16). نظرًا للحالات المتكررة للعدوى الموازية لكل من فيروس نقص المناعة البشرية وبعض الفيروسات المذكورة أعلاه ، كان لهذا الاختبار أيضًا أهمية كبيرة. كانت النتيجة مرضية - تم تكوين أمبليكون DNA فقط في وجود فيروس نقص المناعة البشرية. أي أن وجود فيروسات أخرى في عينة الاختبار لم يؤثر على عملية فحصها.
الاستنتاج بسيط - الطريقة قادرة على تحديد وجود فيروس نقص المناعة البشرية. ولكن من الضروري الآن إجراء المعايرة حتى يتمكن النظام من تمييز وجود وغياب الفيروس في العينة ، مع التركيز على التركيز القياسي 1000 جزيء / مل. إذا كان التركيز أقل من هذا المؤشر ، فإن النتيجة سلبية (لا يوجد فيروس) ، إذا كان التركيز أعلى ، فهو إيجابي. لإجراء المعايرة ، كان من الضروري تحديد سرعة المحركات الدقيقة التي تتوافق مع التركيز. لهذا ، تم استخدام PBS - عازلة فوسفات الصوديوم (حل خاص للبحث) وبلازما المرضى الذين يعانون من فيروس نقص المناعة البشرية أو بدونه.
تم إجراء المعايرة باستخدام برنامج تلفزيوني ، حيث تراوح تركيز الحمض النووي الريبي HIV-1 المستقر من 0 إلى 107.
بعد المعايرة ، أصبح من الواضح أن متوسط سرعة المحرك الصغير بتركيز فيروس نقص المناعة البشرية 1000 هو 0.705 ± 0.082 ميكرومتر / ثانية.
نتائج تحديد تركيز HIV-1 RNA.قام العلماء أيضًا بتحليل النظام باستخدام منحنى ROC ، والذي أظهر نتائج مشجعة للغاية.
كانت حساسية * النظام المختبر حوالي 94.6٪ مع
CI * من 81.8-99.3٪ ،
والنوعية * 99.1٪ مع CI من 80.5-100٪.
الحساسية * - مؤشر يعكس حصة النتائج الإيجابية (في هذه الحالة ، من المحتمل أن يكون تركيز فيروس نقص المناعة البشرية في العينة أعلى من 1000).
النوعية * هي مؤشر يعكس حصة النتائج السلبية (في هذه الحالة ، من المحتمل أن يكون تركيز فيروس نقص المناعة البشرية في العينة أقل من 1000).
DI * - فاصل الثقة ، أي الفاصل الزمني الذي يغطي معلمة غير معروفة مع موثوقية معينة.
كما أظهر مخطط النقاط المبعثر لنتائج النظام نتائج مذهلة. وبالتالي ، فإن دقة تحديد عينة ذات تركيز عالٍ من فيروس نقص المناعة البشرية على أنها إيجابية هي 100٪ ، ودقة تحديد العينات السلبية 90٪.
مواد الفيديو:
مقطع فيديو يوضح كيف تتحرك المحركات الدقيقة عندما يكون تركيز الحمض النووي الريبي لفيروس HIV-1 أعلى من قيمة العتبة (عينة إيجابية).
مقطع فيديو يوضح كيفية تحرك المحركات الدقيقة عندما يكون تركيز الحمض النووي الريبي لفيروس HIV-1 أقل من قيمة العتبة (عينة من السلبيات).
يمكن لأولئك الذين يرغبون في التعرف على الدراسة بمزيد من التفصيل أن ينظروا في
تقرير العلماء والمواد الإضافية إليه.
خاتمةلا ينكر العلماء الذين صنعوا هذا الجهاز المدهش أنهم لم يجروا بعد العديد من الاختبارات والمعايرة والتحسينات. لكن من الواضح أنهم على المسار الصحيح. يمكن لهذه الأجهزة أن تقلل بشكل كبير من انتشار فيروس نقص المناعة البشرية ، خاصة بين الأشخاص في الأماكن التي لا تتوفر فيها المختبرات التي لديها موظفين ومجموعة من المعدات الطبية.
نعم ، لا يبدو الجهاز مضغوطًا للغاية حتى الآن ، وحقيقة أنه يتطلب استخدام هاتف ذكي يمكن أن يدفع شخصًا بعيدًا. ومع ذلك ، في المستقبل ، ستستمر هذه التقنيات للتشخيص المبكر لفيروس نقص المناعة البشرية في التحسن ، ليس فقط من حيث الكفاءة والدقة ، ولكن أيضًا من حيث الملاءمة والقدرة على تحمل التكاليف.
فيروس نقص المناعة البشرية هو وباء القرن العشرين ، كما كتبت في بداية هذه القصة. ولكن ، للأسف ، هذا الفيروس ليس بعيدًا عن عنوان "طاعون القرن الحادي والعشرين". في الوقت الحاضر ، تزعم العديد من الأمراض بالفعل مثل هذا العنوان الصاخب (على سبيل المثال ، الاكتئاب ، السكري ، إلخ). وكل من هذه الأمراض يتطلب اهتماما كبيرا. وعلى الرغم من عدم وجود حبة سحرية يمكنها علاج أي مرض ، إلا أنه يمكننا فقط تحسين طرق التشخيص المتاحة ، والتي تمنحنا وقتًا إضافيًا للبحث عن العلاج أو احتواء المرض. كما يقولون ، كلما عرفنا عن مشكلة في وقت أقرب ، كلما زادت فرص حلها.
نقطة أخرى مهمة هي النشاط الاجتماعي والانفتاح والمناقشة. يجب مناقشة المشكلة ، لأنه حتى لو كان من المخيف التحدث عنها ، كيف ينوي المجتمع محاربتها؟
على أي حال ، هذا كل شيء بالنسبة لي. اعتن بنفسك وأحبائك.
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).
VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps حتى ديسمبر مجانًا عند الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك الطلب
هنا .
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ فقط لدينا
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة! اقرأ عن
كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟