एचआईवी निदान के लिए आणविक माइक्रोमीटर गति विश्लेषण

मानव इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस या बस एचआईवी 20 वीं सदी का प्लेग है। काफी जोर से शीर्षक, लेकिन यह अतिरंजित नहीं है। इस बीमारी ने लाखों लोगों की जान ले ली। और हर साल इस भयंकर बीमारी के शिकार लोगों की संख्या बढ़ रही है, साथ ही एचआईवी के इलाज और निदान के उद्देश्य से अध्ययन की संख्या बढ़ रही है। किसी भी बीमारी, और एचआईवी कोई अपवाद नहीं है, विकास के प्रारंभिक चरण में इलाज करना सबसे आसान है। लेकिन इसके लिए इसे जल्द से जल्द पहचानने के लिए एक तरीका चाहिए, इससे पहले कि पहले लक्षण प्रकट होने लगें। जब आप कहते हैं, एक उंगली काटते हैं, तो आप एक कट देखते हैं, अर्थात्, आप स्पष्ट रूप से जानते हैं कि क्या इलाज करना है। एचआईवी मानव शरीर में खुद को प्रकट किए बिना रह सकता है, अर्थात, कुछ समय के लिए, असममित रूप से। आज हम एक नए आविष्कार पर विचार करेंगे जो स्मार्टफोन से जुड़े एक छोटे उपकरण के माध्यम से इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस की मौजूदगी को जल्दी और सही तरीके से निर्धारित कर सकता है। यह नवाचार कैसे काम करता है, इसके परिणाम कितने सही हैं और भविष्य में शोधकर्ता क्या योजना बना रहे हैं? हम अनुसंधान समूह की रिपोर्ट में इन और अन्य सवालों के जवाब की तलाश करेंगे।

सैद्धांतिक आधार

बीमारियों के बारे में बात करना अप्रिय है, लेकिन आवश्यक है। जितना अधिक हम उनके बारे में जानते हैं, उतना ही बेहतर होगा कि हम अपने और अपने प्रियजनों को उनके प्रभाव से बचा सकें।



एचआईवी - मानव इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस ने पिछली सदी के शुरुआती 80 के दशक में पहली बार अपना भयानक रूप दिखाया। तब किसी को नहीं पता था कि यह क्या है, और वायरस का खुद का नाम भी नहीं था। आगे के शोध से पता चला है कि एचआईवी एक रेट्रोवायरस है जो शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली में कोशिकाओं को संक्रमित करता है, सबसे महत्वपूर्ण प्रणालियों में से एक है। वायरस का प्रभाव प्रतिरक्षा रक्षा का दमन है और एड्स के विकास - प्रतिरक्षा प्रतिरक्षा में कमी सिंड्रोम। इस स्थिति में, शरीर रक्षाहीन रहता है, और कोई भी, यहां तक ​​कि हल्का, संक्रमण (साथ ही कैंसर कोशिकाएं) इसे नाटकीय रूप से प्रभावित कर सकता है। संक्षेप में, एचआईवी हमारे बचाव को नष्ट कर देता है और संक्रमण का सामना करने वाले दुश्मनों को शांति से शरीर पर ले जाता है।

एचआईवी में संचरण का एक संपर्क तंत्र है। संक्रमण रक्त, वीर्य, ​​स्तन के दूध, पूर्व-बीज द्रव, या योनि स्राव के संपर्क के माध्यम से हो सकता है। दूसरे शब्दों में, असुरक्षित संभोग, संक्रमित चिकित्सा उपकरण और यहां तक ​​कि टैटू पार्लर में असंक्रमित सुई वायरस फैलाने का एक शानदार तरीका है। एचआईवी के उद्भव की अवधि में, जब एचआईवी क्या है और कैसे फैलता है, इसके बारे में विश्वसनीय जानकारी की तुलना में आबादी में घबराहट तेजी से फैलती है, यह माना जाता था कि संक्रमण एक साधारण हाथ से हो सकता है। यह एक मिथक है, क्योंकि वायरस एक संक्रमित व्यक्ति के साथ एक साधारण स्पर्श से नहीं फैलता है। हालांकि, संक्रमण का यह विकल्प भी संभव है, लेकिन केवल संक्रमित लोगों के हाथों और घावों के खुले घाव के मामले में। मैं इस तथ्य के बारे में बात नहीं कर रहा हूं कि कुछ मच्छरों को एचआईवी प्रसारित करने के लिए माना जाता है (एक मच्छर एक मरीज का खून पीता है और, एक स्वस्थ व्यक्ति को काटता है, उसे संक्रमित कर सकता है) भी एक मिथक है।


विश्व स्वास्थ्य संगठन (2017) के अनुसार दुनिया भर में एचआईवी का प्रचलन।

मैं शरीर में वायरस और इसके विकास के परिणामों के बारे में विस्तार से नहीं बताऊंगा, क्योंकि हम इसके निदान के लिए एक नए तरीके के रूप में वायरस पर इतना चर्चा नहीं करने जा रहे हैं। लेकिन यह ध्यान देने योग्य है कि एचआईवी एक रोगी वायरस है जो समय के साथ एक संक्रमित व्यक्ति के शरीर में उत्परिवर्तन कर सकता है, जो इसे रोकथाम या उपचार के विभिन्न तरीकों के लिए और भी अधिक प्रतिरोधी बनाता है। यह एक और कारण है कि इसका जल्द से जल्द पता लगाया जाना चाहिए। वायरस के पास जितना अधिक समय होता है, उतना ही मजबूत होता है, और संक्रमित व्यक्ति कमजोर होता है।

डिवाइस में क्या शामिल है?

इस अध्ययन में शामिल वैज्ञानिकों का कहना है कि दुनिया में अन्य बीमारियों की तरह, एचआईवी के प्रारंभिक निदान में सबसे गंभीर समस्याओं और बाधाओं में से एक है, उपयुक्त परिस्थितियों की कमी: प्रयोगशालाओं, कर्मियों, चिकित्सा सुविधाओं। यही कारण है कि उन्होंने एक ऐसा उपकरण बनाने का फैसला किया, जो यह संकेत दे सके कि शरीर में कोई वायरस है या नहीं। पोर्टेबल कॉम्पैक्ट डिवाइस (ग्लूकोमीटर) का उपयोग करके रक्त शर्करा के स्तर को पहले से ही लंबे समय तक जांचा जा सकता है, अर्थात्, प्रयोगशाला में जाने और कई दिनों तक परीक्षण के परिणाम की प्रतीक्षा किए बिना। ऐसे उपकरणों की लागत काफी कम है, जो उनके वितरण में भी साथ देती है।

जिस उपकरण से हम आज परिचित हो जाएंगे, उसे संक्षेप में निम्न प्रकार से वर्णित किया जा सकता है: लूप आइसोथर्मल प्रवर्धन (एलएएमपी) और नैनोमोटर्स (सीएएलएम) पर आधारित एचआईवी -1 के आणविक निर्धारण के लिए एक मोबाइल विश्लेषक। और अब, क्रम में।

nanomotors

नैनोमोटर्स (जिन्हें माइक्रोमीटर भी कहा जाता है) सूक्ष्म आणविक उपकरण कहलाते हैं जो गति में ऊर्जा को परिवर्तित करने में सक्षम होते हैं। यदि उन्हें एक विशिष्ट रासायनिक समाधान में रखा जाता है, तो वे स्वतंत्र रूप से एक विशिष्ट मार्ग के साथ चलना शुरू करते हैं, जिसका उपयोग निदान में किया जा सकता है, और यहां तक ​​कि नैनो-तकनीकी उपकरणों की ऊर्जा आपूर्ति में भी।


एक एचआईवी परीक्षक के लिए माइक्रोमीटर निर्माण योजना।

माइक्रोमीटर, 1.04 g / cm के घनत्व के साथ Pt (प्लैटिनम) नैनोकणों के साथ लेपित पॉलीस्टायर्न से बने गोले होते हैं। इसके अलावा, Au (सोना) नैनोकणों का उपयोग डीएनए जांच के साथ माइक्रोमीटर को संशोधित करने के लिए भी किया गया था (ऊपर दिए गए आरेख में, उन्हें लाल "तम्बू" के रूप में प्रस्तुत किया गया है)।

एक टीईएम (ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप) से पता चला कि माइक्रोमीटर के कोटिंग में इस्तेमाल किए गए प्लैटिनम और सोने के नैनोकणों का आकार गोलाकार था और इसका व्यास 57.721 electron 5.181 एनएम (Pt) और 3.43 33 3.336 एनएम (Au) था।


ऊपर टीईएम चित्र, तैयार नैनोकणों के साथ फोटो फ़्लेक्स और ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी के परिणाम हैं।

यह जांचना आवश्यक था कि पूरी तरह से गठित माइक्रोमीटर की डीएनए जांच कितनी कुशलता से डीएनए अणुओं को पकड़ सकती है। इसके लिए, agarose * (C ₁₂ H ₁₈ O ₉ ) जेल वैद्युतकणसंचलन तकनीक का उपयोग किया गया था।

Agarose * एक रेखीय पॉलीसेकेराइड है जो 4-D-galactopyranose और 3,6-anhydride-α-L-galactopyranose अवशेषों के अनुक्रम से बनता है जो एक 1 → 4 बांड द्वारा जुड़ता है। आगर से प्राप्त की।

इस तकनीक ने हमें यह पुष्टि करने की अनुमति दी कि माइक्रोमीटर की सतह पर डीएनए जांच होती है, क्योंकि वे लगभग 180 बीपी (युग्मित आधार) के एक कृत्रिम डीएनए अणु को संलग्न करने में सक्षम थे, जो इस तरह के (कृत्रिम) नमूने (बाईं ओर की छवि) के लिए एक उत्कृष्ट परिणाम है। पहले परीक्षणों के दौरान कैप्चर दक्षता की डिग्री लगभग 30% थी, जो कि फ्लोरिमेट्री (बाईं ओर की छवि) द्वारा पुष्टि की जाती है।


यहाँ हम देखते हैं कि माइक्रोमीटर कैसे H ₂ O ₂ (0, 5, 10 और 15%) की विभिन्न सांद्रता के साथ हल करते हैं।

माइक्रोमीटर की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता - आंदोलन की जांच करना भी आवश्यक था। इसके लिए, एच ₂ ओ _{2 के} साथ और बिना एक समाधान _{का उपयोग किया गया था} (नीचे छवि डी में प्रक्षेपवक्र की तुलना)। जब हाइड्रोजन पेरोक्साइड अनुपस्थित था, तो माइक्रोमीटर ने कंपन किया, जो ब्राउनियन गति के कारण था। जब एच ₂ ओ ₂ को समाधान में पेश किया जाना शुरू हुआ, तो समाधान में हर 1% हाइड्रोजन पेरोक्साइड के लिए माइक्रोमीटर की गति लगभग 0.7 μm / s बढ़ गई।


एक परीक्षण समाधान में माइक्रोमीटर की गति का मापन।

चित्रा 6 माइक्रोन के व्यास और समाधान में एच ₂ ओ ₂ की एकाग्रता के साथ माइक्रोमीटर की गति की निर्भरता को दर्शाता है। इसके अलावा (दाईं ओर) माइक्रोमीटर और उसके प्रक्षेपवक्र का एक स्नैपशॉट है। डायग्राम बी 5% हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान में विभिन्न तापमानों पर माइक्रोमीटर की स्थिरता की डिग्री को दर्शाता है। नीचे (ग्राफ़ और स्नैपशॉट) हम देखते हैं कि समय के साथ स्थिरता सूचक कैसे बदलता है (120 एस), साथ ही आंदोलन का प्रक्षेपवक्र पहले से ही 15% समाधान में है। समय के साथ मूल माध्य वर्ग विस्थापन को ग्राफ ई : काले डॉट्स में दिखाया गया है - एच ₂ ओ _{2 के} बिना एक समाधान, लाल - 5% एच ₂ ओ ₂ ।

नीचे, छवि एफ में , हम देखते हैं कि न केवल समाधान की स्थिति जहां माइक्रोमीटर स्थित हैं, उनके व्यवहार को प्रभावित करता है, बल्कि माइक्रोमीटर स्वयं और अधिक सटीक रूप से उनकी संरचना को भी महत्वपूर्ण रूप से बदल देते हैं। हम देखते हैं कि 6 माइक्रोन (लाल रेखाओं) के व्यास के साथ पूर्ण परीक्षण किए गए माइक्रोमीटर के साथ प्लैटिनम और सोने की चाल (नीली रेखाओं) के चित्रण के बिना 3 माइक्रोन के व्यास वाले माइक्रोमीटर कैसे होते हैं। प्रक्षेपवक्र की तुलना के दाईं ओर माईक्रोमीटर (3 माइक्रोन और व्यास में 6 सुक्ष्ममापी) के मध्य वर्ग विस्थापन की तुलना है।

मोबाइल डिवाइस

मोटोरोला XT1575 (एंड्रॉइड ओएस) का उपयोग माइक्रोमोटर्स की कल्पना करने और ट्रैक करने के लिए किया गया था (अर्थात, यह देखने के लिए कि निदान कैसे होता है)।


उपकरण का प्रकटन और विवरण।

डिवाइस का एक महत्वपूर्ण घटक माइक्रोमीटर की गति को जांचने के लिए आवश्यक चिप है। यह पॉलीमेथाइल मिथाइरीलेट (Plexiglas) से बना था। लेजर-कट "चैनल" के साथ 2 मिमी चौड़ा एक ग्लास बेस गोंद की 80 माइक्रोन परत का उपयोग करके इसे संलग्न किया गया था।


चिप की उपस्थिति और इसके आयाम।

जैसा कि ऊपर की तस्वीरों से देखा जा सकता है, चिप डिवाइस का एकमात्र हिस्सा नहीं है। नीला हटाने योग्य मामला 3 डी प्रिंटर पर सस्ती सामग्री से बना था। इस मामले के अंदर एक सफेद एलईडी, एक 3.3 वी बैटरी, एक स्विच और सस्ती ऑप्टिकल लेंस है। इसके अलावा मामले में एक नमूना धारक है जो आपको लेंस और फोन के कैमरे के बीच रखने की अनुमति देता है।

और अब सॉफ्टवेयर घटक के बारे में। सॉफ्टवेयर OpenCV 3.1.0 पुस्तकालयों का उपयोग करके एंड्रॉइड स्टूडियो में बनाया गया था। वैज्ञानिकों के अनुसार, इंटरफ़ेस उपयोगकर्ताओं के लिए यथासंभव स्पष्ट और व्यावहारिक बनाया गया है।


एचआईवी परीक्षक इंटरफ़ेस।

जब नमूना डिवाइस में रखा जाता है, तो प्रोग्राम एक वीडियो (30 एफपीएस, 320x240 पिक्सल) रिकॉर्ड करता है, जो कि माइक्रोमीटर के आंदोलन को दर्शाता है, उनके आंदोलन की गति की गणना करता है और 1 मिनट के भीतर विश्लेषण का परिणाम देता है।

लूप इज़ोटेर्मल एम्प्लीफिकेशन (LAMP)

एचआईवी -1 को पहचानने में माइक्रोमीटर प्रणाली कितनी प्रभावी है? इस सवाल का जवाब LAMP प्रतिक्रियाओं में निहित है। परीक्षण के लिए, एचआईवी -1 आरएनए (राइबोन्यूक्लिक एसिड) के विभिन्न सांद्रता वाले कई नमूने तैयार किए गए थे। प्रवर्धन परिणाम agarose जेल वैद्युतकणसंचलन द्वारा मूल्यांकन किया गया था।


दीपक परीक्षण।

वैद्युतकणसंचलन के परिणामों ने बड़े डीएनए एम्प्लिकॉन (डीएनए अनुक्रम, प्रवर्धन परिणाम) के चरणबद्ध गठन को दिखाया। आयामों की संख्या एचआईवी -1 आरएनए की एकाग्रता के लिए आनुपातिक थी।

माइक्रोमीटर को एचआईवी -1 आरएनए आयामों के साथ मिलाया गया था, जिससे संकरण प्रक्रिया (80 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर) से गुजरना संभव हो गया। अगला, परिणामस्वरूप "मिश्रण" का परीक्षण एच ₂ ओ _{2 के} 5% समाधान में किया गया था। जब एचआईवी -1 आरएनए एम्पलीकॉन सिस्टम में मौजूद थे, तो माइक्रोमीटर की गति लगभग 95.2% कम हो गई थी। एम्पलीकॉन्स की एक कम एकाग्रता (लगभग 3.394 24 0.245 एनजी / μl) पर भी दर में कमी देखी गई है।


एचआईवी -1 आरएनए की अनुपस्थिति में माइक्रोमोटर आंदोलन का प्रदर्शन।


एचआईवी -1 आरएनए की उपस्थिति में माइक्रोमोटर आंदोलन का प्रदर्शन।

वैज्ञानिकों ने माइक्रोमीटर और उनकी गति को बहाल करने में भी कामयाबी हासिल की। इसके लिए, micromotors और amplicons के साथ "संक्रमित" नमूना 90 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 30 सेकंड के लिए ऊष्मायन किया गया था। इससे माइक्रोमीटर डीएनए जांच से एम्पलीकॉन को मुक्त करना संभव हो गया। इसके बाद 5 मिनट के लिए 6000 x g पर सेंट्रीफ्यूजेशन किया गया। एच ₂ ओ _{2 के} 5% समाधान में प्राप्त नमूने के सत्यापन ने दिखाया कि एचआईवी -1 आरएनए एम्पलीकॉन्स की भागीदारी के साथ परीक्षण से पहले माइक्रोमीटर गति को मूल से 75.52% के स्तर पर बहाल किया गया था।

अन्य प्रकार के यौन संचारित वायरस के लिए प्रणाली की प्रतिक्रिया का भी परीक्षण किया गया था: हेपेटाइटिस सी और बी, दाद, पेपिलोमावायरस 16 (एचपीवी -16)। एचआईवी और उपरोक्त दोनों वायरस के साथ समानांतर संक्रमण के लगातार मामलों के कारण, इस परीक्षण का भी बहुत महत्व था। परिणाम संतोषजनक था - डीएनए एम्प्लिकॉन का गठन केवल एचआईवी की उपस्थिति में किया गया था। यही है, परीक्षण के नमूने में अन्य वायरस की उपस्थिति ने इसे जांचने की प्रक्रिया को प्रभावित नहीं किया।

निष्कर्ष सरल है - विधि एचआईवी की उपस्थिति निर्धारित करने में सक्षम है। लेकिन अब एक अंशांकन बाहर ले जाने के लिए आवश्यक है ताकि प्रणाली नमूने में वायरस की उपस्थिति और अनुपस्थिति को अलग कर सके, 1000 कणों / एमएल के मानक एकाग्रता पर ध्यान केंद्रित कर सके। यदि एकाग्रता इस सूचक से नीचे है, तो परिणाम नकारात्मक है (कोई वायरस नहीं है), यदि एकाग्रता अधिक है, तो यह सकारात्मक है। अंशांकन बाहर ले जाने के लिए, यह निर्धारित करना आवश्यक था कि माइक्रोमीटर की गति किस एकाग्रता से मेल खाती है। इसके लिए, पीबीएस - सोडियम फॉस्फेट बफर (अनुसंधान के लिए एक विशेष समाधान) और एचआईवी के साथ और बिना रोगियों के प्लाज्मा का उपयोग किया गया था।

पीबीएस का उपयोग करके अंशांकन किया गया था, जिसमें सिंथेटिक स्थिर एचआईवी -1 आरएनए की एकाग्रता 0 से 107 तक थी।

अंशांकन के बाद, यह स्पष्ट हो गया कि 1000 की एचआईवी एकाग्रता में औसत माइक्रोमीटर गति 0.705 82 0.082 माइक्रोन / एस है।


एचआईवी -1 आरएनए की एकाग्रता का निर्धारण करने के परिणाम।

वैज्ञानिकों ने आरओसी वक्र का उपयोग करके प्रणाली का विश्लेषण भी किया, जिसमें बहुत उत्साहजनक परिणाम सामने आए। परीक्षण प्रणाली की संवेदनशीलता * * १.99-९९ .३% के CI के साथ ९ ४.६% और tested०.५-१००% के सीआई के साथ ९९.१% की विशिष्टता * थी ।

संवेदनशीलता * - एक संकेतक सकारात्मक परिणामों की हिस्सेदारी को दर्शाता है (इस मामले में, यह संभावना है कि नमूने में एचआईवी की एकाग्रता 1000 से ऊपर है)।

विशिष्टता * नकारात्मक परिणामों की हिस्सेदारी को दर्शाती एक संकेतक है (इस मामले में, यह संभावना है कि नमूने में एचआईवी की एकाग्रता 1000 से नीचे है)।

DI * - आत्मविश्वास अंतराल, अर्थात, किसी दिए गए विश्वसनीयता के साथ एक अज्ञात पैरामीटर को कवर करने वाला अंतराल।

सिस्टम के परिणामों के बिखराव ने भी अविश्वसनीय परिणाम दिखाए। इस प्रकार, एचआईवी के एक उच्च एकाग्रता के साथ एक नमूना निर्धारित करने की सटीकता 100% है, और नकारात्मक नमूनों को निर्धारित करने की सटीकता 90% है।



जो लोग अधिक विस्तार से अध्ययन के साथ खुद को परिचित करना चाहते हैं, वे वैज्ञानिकों की रिपोर्ट और इसके लिए अतिरिक्त सामग्री देख सकते हैं।

उपसंहार

जिन वैज्ञानिकों ने यह अद्भुत उपकरण बनाया है, वे इस बात से इनकार नहीं करते कि उनके पास अभी तक कई परीक्षण, अंशांकन और सुधार करने के लिए है। लेकिन वे स्पष्ट रूप से सही रास्ते पर हैं। इस तरह के उपकरण एचआईवी के प्रसार को काफी कम कर सकते हैं, विशेष रूप से उन जगहों पर लोगों के बीच जहां कर्मचारियों के साथ प्रयोगशालाएं और चिकित्सा उपकरणों का एक गुच्छा बस उपलब्ध नहीं है।

हां, डिवाइस अभी तक बहुत कॉम्पैक्ट नहीं दिखता है और इस तथ्य की आवश्यकता है कि स्मार्टफोन के उपयोग से किसी को दूर किया जा सकता है। हालांकि, भविष्य में, एचआईवी के शुरुआती निदान के लिए ऐसी तकनीकों में सुधार करना जारी रहेगा, न केवल दक्षता और सटीकता के मामले में, बल्कि सुविधा और सामर्थ्य के संदर्भ में भी।

एचआईवी 20 वीं सदी का प्लेग है, जैसा कि मैंने इस कहानी की शुरुआत में लिखा था। लेकिन, दुर्भाग्य से, यह वायरस "XXI सदी के प्लेग" के शीर्षक से इतना दूर नहीं है। आजकल, कई बीमारियां पहले से ही इस तरह के एक जोरदार शीर्षक (उदाहरण के लिए, अवसाद, मधुमेह, आदि) का दावा करती हैं। और इन रोगों में से प्रत्येक को बहुत ध्यान देने की आवश्यकता है। और जबकि कोई जादू की गोली नहीं है जो किसी भी बीमारी का इलाज कर सकती है, हम केवल उपलब्ध नैदानिक ​​विधियों में सुधार कर सकते हैं, जो हमें उपचार की खोज करने या बीमारी को रोकने के लिए अतिरिक्त समय देते हैं। जैसा कि वे कहते हैं, जितनी जल्दी हम एक समस्या के बारे में जानते हैं, उतनी ही अधिक संभावनाएं हमें हल करनी होंगी।

एक अन्य महत्वपूर्ण बिंदु सामाजिक गतिविधि, खुलापन और चर्चा है। समस्या पर चर्चा की जानी चाहिए, क्योंकि अगर इसके बारे में बात करने में डर लगता है, तो समाज इसे कैसे लड़ना चाहता है?

किसी भी मामले में, यह सब मेरे लिए है। अपना और अपने प्रियजनों का ख्याल रखें।

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