डेंगू डायग्नोस्टिक की तत्काल जरूरतों को पूरा करते हुए, यहां हम क्लिनिकल सीरम/रक्त के नमूनों में डेंगू एनएस1 एंटीजन सांद्रता की मात्रा निर्धारित करने के लिए एक स्मार्टफोन ऐप-एकीकृत डेंगू एनएस1 पेपर-आधारित विश्लेषणात्मक उपकरण (डीईएन-एनएस1-पीएडी) पेश कर रहे हैं। यह नवाचार विभिन्न स्वास्थ्य देखभाल सेटिंग्स, यहां तक कि संसाधन-सीमित लोगों में नैदानिक निर्णय लेने में सहायता करके डेंगू प्रबंधन को बढ़ाता है।
डेंगू वायरस (DENV) संक्रमण, जो एडीज मच्छरों द्वारा फैलता है, उष्णकटिबंधीय और उपोष्णकटिबंधीय देशों में एक प्रमुख सार्वजनिक स्वास्थ्य चिंता है। लगभग 10 मिलियन मामलों और 20,000-25,000 मौतों की वार्षिक घटनाओं के साथ, विशेष रूप से बच्चों के बीच, व्यावहारिक नैदानिक उपकरणों की तत्काल आवश्यकता है। प्रारंभिक संक्रमण के दौरान डेंगू गैर-संरचनात्मक प्रोटीन 1 (एनएस 1) की उपस्थिति को साइटोकिन रिलीज, संवहनी रिसाव और एंडोथेलियल डिसफंक्शन से जोड़ा गया है, जिससे यह गंभीर डेंगू के लिए एक संभावित मार्कर बन गया है।
पेपर-आधारित इम्यूनोएसे जैसे लेटरल फ्लो एसेज़ (एलएफए) और माइक्रोफ्लुइडिक पेपर-आधारित विश्लेषणात्मक उपकरण (पीएडी) ने अपनी सादगी, रैपिडिटी, सस्तीता, विशिष्टता और व्याख्या में आसानी के कारण नैदानिक परीक्षणों के रूप में लोकप्रियता हासिल की है। हालांकि, डेंगू एनएस 1 का पता लगाने के लिए पारंपरिक पेपर-आधारित इम्यूनोएसे आमतौर पर दृश्य निरीक्षण पर भरोसा करते हैं, केवल गुणात्मक परिणाम देते हैं। इस सीमा को संबोधित करने और संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए, हमने पेपर-आधारित विश्लेषणात्मक डिवाइस (पीएडी), अर्थात् डीईएन-एनएस 1-पैड पर एक अत्यधिक पोर्टेबल एनएस 1 डेंगू डिटेक्शन परख का प्रस्ताव दिया, जो एक वर्णमिति और मात्रात्मक पाठक के रूप में एक स्मार्टफोन एप्लिकेशन को एकीकृत करता है। विकास प्रणाली नैदानिक नमूनों में एनएस 1 सांद्रता की प्रत्यक्ष मात्रा का ठहराव सक्षम बनाती है।
रोगियों से प्राप्त सीरम और रक्त के नमूनों का उपयोग सिस्टम प्रोटोटाइप प्रदर्शन को प्रदर्शित करने के लिए किया गया था। परिणाम तुरंत प्राप्त किए गए थे और नैदानिक मूल्यांकन के लिए नियोजित किए जा सकते हैं, दोनों अच्छी तरह से सुसज्जित स्वास्थ्य सुविधाओं और संसाधन-सीमित सेटिंग्स में। स्मार्टफोन एप्लिकेशन के साथ पेपर-आधारित इम्यूनोसे का यह अभिनव संयोजन डेंगू एनएस 1 एंटीजन का पता लगाने और मात्रा का ठहराव बढ़ाने के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण प्रदान करता है। नग्न आंखों की क्षमताओं से परे संवेदनशीलता को बढ़ाकर, यह प्रणाली डेंगू प्रबंधन में नैदानिक निर्णय लेने में सुधार के लिए काफी क्षमता रखती है, विशेष रूप से दूरस्थ या कम सेवा वाले क्षेत्रों में।
डेंगू वायरस (DENV) संक्रमण सबसे तेजी से फैलने वाला मच्छर जनित रोगहै 1, और 390 मिलियन से अधिक लोग 96 मिलियन रोगसूचक संक्रमणों से संक्रमित हैं, गंभीर बीमारी के 2 मिलियन मामले हैं, और प्रति वर्ष 25,000 से अधिक मौतें दुनिया मेंहोती हैं 1,2. विश्व स्वास्थ्य संगठन (डब्ल्यूएचओ) के अनुसार, अनुमानित 3.9 बिलियन लोग डेंगू के लिए जोखिम में हैं; ~ 70% एशिया प्रशांत देशों में रहते हैं और मुख्य रूप से दक्षिण पूर्व एशियामें 3. 2019 में, डब्ल्यूएचओ को रिपोर्ट किए गए डेंगू के मामलों की संख्या 4.2 मिलियन थी, और थाईलैंड नेडेंगू के कम से कम 136,000 मामलों और डेंगू संक्रमण से 144 मौतों के मामलों का योगदान दिया। थाईलैंड में डेंगू का प्रकोप बरसात के मौसम के दौरान, अप्रैल से दिसंबर तक, शहरी और ग्रामीण दोनों क्षेत्रों में, विशेष रूप से पूर्वोत्तर क्षेत्र में होता है।
DENV संक्रमणों में उपनैदानिक लक्षणों, हल्के डेंगू बुखार (DF) से लेकर गंभीर डेंगू रक्तस्रावी बुखार (DHF) तक की अलग-अलग नैदानिक अभिव्यक्तियाँ होती हैं। गंभीर डीएचएफ स्थिति की मुख्य विशेषता सदमे और अंग की शिथिलता के बाद संवहनी पारगम्यता में वृद्धि हुई है1. प्रभावी डेंगू उपचार विकसित करने में संवहनी रिसाव का कारण बनने वाले आणविक मार्ग को समझना बहुत महत्वपूर्ण है। डेंगू गैर संरचनात्मक प्रोटीन 1 (NS1) प्रारंभिक वायरस संक्रमण 5,6 के दौरान एक स्रावित ग्लाइकोप्रोटीन है, और यह वायरल शाही सेना प्रतिकृति7 के लिए एक कोफ़ेक्टर के रूप में कार्य करता है. NS1 साइटोकिन रिलीज को ट्रिगर कर सकता है और टोल-लाइक रिसेप्टर 4 (TLR4) और एंडोथेलियल ग्लाइकोकैलिक्स 8,9 से बंधकर संवहनी रिसाव में योगदान कर सकता है। इन विट्रो अनुसंधान से पता चला है कि एनएस 1 एंडोथेलियल कोशिकाओं के साथ बातचीत करता है और एपोप्टोसिस को प्रेरित करता है। यह स्थिति एंडोथेलियल डिसफंक्शन और संवहनी रिसाव10 में योगदान कर सकती है। एनएस 1 एंटीजन स्तर, सीरम इंटरल्यूकिन (आईएल) -10 के स्तर के साथ सहसंबद्ध, गंभीर नैदानिक रोग11 के साथ रोगियों में काफी वृद्धि हुई थी। डेंगू NS1 भी आईएल-10 उत्प्रेरण और DENV विशिष्ट टी सेल प्रतिक्रियाओं12,13 को दबाने से रोग रोगजनन के लिए योगदान देता है. इसके अलावा, डेंगू एनएस 1 प्रोटीन गंभीर नैदानिक बीमारी से संबंधित था, और बीमारी के पहले 3 दिनों में एनएस 1 > 600 एनजी एमएल -1 की एकाग्रता डीएचएफ14 के विकास से जुड़ी थी।
डीएचएफ के रोगियों में डेंगू एनएस 1 एंटीजन की दृढ़ता को गंभीर डेंगू6 के मार्कर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। नैदानिक नमूनों में NS1 का पता लगाने के लिए कई तरीके हैं जैसे एंजाइम से जुड़े इम्युनोसॉरबेंट परख (एलिसा) और रैपिड टेस्ट15। नैदानिक सेटिंग में NS1 प्रोटीन की एकाग्रता को मापने के लिए स्वर्ण मानक एलिसा विधि है। हालांकि, एलिसा विधि महंगी है और कुशल कर्मियों, और प्रयोगशाला सुविधाओं16 की आवश्यकता है. इसलिए, पॉइंट-ऑफ-केयर टेस्ट (POCT) में NS1 प्रोटीन का पता लगाने और मात्रा निर्धारित करने के लिए प्रौद्योगिकी का विकास अभी भी जारी है। पिछले दशक में, पार्श्व प्रवाह परख (एलएफए) और माइक्रोफ्लुइडिक पेपर-आधारित विश्लेषणात्मक उपकरणों (μPADs) जैसे पेपर-आधारित इम्यूनोएसे उनकी सादगी, तीव्रता, सस्तीता और विशिष्टता 17,18,19के कारण नैदानिक परीक्षणों के रूप में लोकप्रिय हो गए हैं। एक कागज आधारित immunoassay में, कई लेबल इस तरह के सोने नैनोकणों (AuNPs) 20, चुंबकीय नैनोकणों 21,22, क्वांटम डॉट्स23, और प्रतिदीप्ति सामग्री24,25 के रूप में संकेत, उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया गया है. AuNPs उत्पादन की सस्ती लागत, निर्माण में आसानी, स्थिरता और सरल रीडआउट के कारण पेपर-आधारित इम्यूनोएसे में उपयोग किए जाने वाले सबसे आम लेबल हैं। वर्तमान में, डेंगू एनएस 1 के लिए पार्श्व प्रवाह परख (एलएफए) प्रसिद्ध नैदानिक सेटिंग26,27 में उपयोग किया जाता है। हालांकि, पारंपरिक एलएफए लेबल डिटेक्शन आमतौर पर नग्न आंखों का उपयोग करता है और केवल गुणात्मक परिणाम प्रदान करता है।
पिछले दशक में, वैश्विक स्तर पर 5 बिलियन से अधिक स्मार्टफोन का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, और पोर्टेबल डिटेक्शन28,29 विकसित करने की क्षमता है। स्मार्टफ़ोन में अंतर्निहित भौतिक सेंसर, मल्टी-कोर प्रोसेसर, डिजिटल कैमरा, यूएसबी पोर्ट, ऑडियो पोर्ट, वायरलेस और एप्लिकेशन सॉफ़्टवेयर जैसी बहु-कार्यात्मक क्षमताएं होती हैं, जो उन्हें विभिन्न बायोसेंसरप्लेटफार्मों में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाती हैं। इसके अलावा, वायरलेस प्रौद्योगिकियां डेटा को जल्दी से भेजने की अनुमति देती हैं और इसका उपयोग वास्तविक समय और ऑन-साइट निगरानीके लिए किया जा सकता है। मुदन्याली एट अल ने मलेरिया, तपेदिक और एचआईवी32 के लिए एक पोर्टेबल, उपकरण-मुक्त, तेजी से, कम लागत वाले और उपयोगकर्ता के अनुकूल पीओसीटी प्लेटफॉर्म विकसित करने के लिए पेपर-आधारित इम्यूनोसे और स्मार्टफोन को जोड़ा। लिंग एट अल मात्रात्मक33 दूध में क्षारीय फॉस्फेट गतिविधि का पता लगाने के लिए एक स्मार्टफोन कैमरा के साथ संयुक्त एक पार्श्व प्रवाह परख की सूचना दी. होउ एट अल भी पार्श्व प्रवाह परख34 में रंग या प्रतिदीप्ति से मात्रात्मक संकेतों के लिए एक स्मार्टफोन आधारित, दोहरी साधन इमेजिंग प्रणाली विकसित. इसके अलावा, स्मार्टफोन को वर्णमिति और मात्रात्मक पाठक के रूप में उपयोग करने से संवेदनशीलता में सुधार हो सकता है, जबकि नग्न आंखें आत्मविश्वास से लक्ष्य35 की उपस्थिति की रिपोर्ट नहीं कर सकती हैं।
डेंगू डायग्नोस्टिक्स में एक सफलता पेश करते हुए, डीईएन-एनएस 1-पैड 36,37,38 (अब से डिवाइस के रूप में संदर्भित) एक पोर्टेबल और कुशल समाधान प्रदान करता है। मोम-मुद्रित माइक्रोफ्लुइडिक पेपर-आधारित तकनीक का उपयोग करते हुए, यह उपकरण छवि प्रसंस्करण के माध्यम से उच्च संवेदनशीलता और विशिष्टता के साथ एनएस 1 को निर्धारित करता है। इसकी उपयोगिता को और बढ़ाने के लिए, हमने वर्णमिति और मात्रात्मक पढ़ने के लिए एक उपयोगकर्ता के अनुकूल स्मार्टफोन ऐप विकसित किया है। थाई अस्पतालों से रोगी के नमूनों का उपयोग करके नैदानिक सत्यापन वास्तविक समय रोगी मूल्यांकन पर इसके तत्काल प्रभाव को रेखांकित करता है। हमारा नवाचार सुव्यवस्थित, पॉइंट-ऑफ-केयर-डेंगू प्रबंधन में एक महत्वपूर्ण प्रगति को चिह्नित करता है, जो संसाधन-सीमित स्वास्थ्य देखभाल परिदृश्यों में निदान में क्रांति लाने का वादा करता है।
स्मार्टफोन-आधारित रीडर सिस्टम के लिए महत्वपूर्ण डिजाइन मापदंडों में से एक नमूनों की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य इमेजिंग प्रसंस्करण प्रदान करने की क्षमता है। इस अध्ययन में, सादगी और सुविधा के लिए, ?…
The authors have nothing to disclose.
M.H.P. कृतज्ञतापूर्वक Universitas इस्लाम इंडोनेशिया (UII) से छात्रवृत्ति अनुसंधान कोष को स्वीकार करता है। लेखक मोबाइल एप्लिकेशन के विकास और पांडुलिपि में उनके योगदान के दौरान अपनी बहुमूल्य विशेषज्ञता और सहायता के लिए श्री नुचानोन निन्यावे के प्रति आभार व्यक्त करते हैं। इसके अलावा, लेखक थाईलैंड साइंस रिसर्च एंड इनोवेशन (टीएसआरआई), बेसिक रिसर्च फंड: वित्तीय वर्ष 2023 (परियोजना सं। (क) किंग मोंगकुट के प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय, थोनबुरी के कार्यक्रम स्मार्ट हेल्थकेयर के अंतर्गत (FRB660073/0164) का अध्ययन किया गया है।
Materials | |||
0.1 M phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.2) | |||
BBS containing 0.1% Tween 20, 10% sucrose, and 1% casein | the conjugate area treatment and blocking buffer | ||
Borate buffered saline (BBS) (25 mM sodium borate and 150 mM sodium chloride at pH 8.2) supplemented with 1% BSA | the washing buffer during the conjugation process AuNPs with the antibody | ||
Boric acid | Merck | 10043-35-3 | |
Bovine serum albumin fraction V (BSA) | PAA Lab GmbH (Germany) | K41-001 | |
Casein | Merck | 9005-46-3 | |
Chromatography paper Grade 2 | GE Healthcare | 3002-911 | |
Clear laminate film | 3M (Stationery shops) | ||
Disodium hydrogen phosphate | Merck | 7558-79-4 | |
Double tape side | Stationery shops | ||
Goat anti-mouse IgG antibody | MyBiosource (USA) | MBS435013 | |
Gold nanoparticles (40 nm) | Serve Science Co., Ltd. (Thailand) | ||
Human IgG polyclonal antibody | Merck | AG711-M | |
Mouse dengue NS1 monoclonal antibody | MyBiosource (USA) | MBS834415 | |
Mouse dengue NS1 monoclonal antibody | MyBiosource (USA) | MBS834236 | |
NS1 serotype 2 antigens | MyBiosource (USA) | MBS 568697 | |
PBS 1X containing 0.1% Tween 20 was used as t | elution buffer | ||
Plastic backing card 10×30 cm | Pacific Biotech Co., Ltd. (Thailand) | ||
Poly-L-lysine (PLL) | Sigma Aldrich | P4832 | |
Potassium Chloride | Merck | 104936 | |
Potassium monophosphate | Merck | 104877 | |
Sodium Chloride | Merck | 7647-14-5 | |
Sodium tetraborate | Sigma Aldrich | 1303-96-4 | |
Sucrose | Merck | 57-50-1 | |
Tween 20 | Sigma Aldrich | 9005-64-5 | |
Instruments | |||
CytationTM 5 multimode reader | BioTek | ||
Mobile phones | Huawei Y7, iPhone 11, Samsung a20 | ||
Photo scanner | Epson Perfection V30 | ||
Oven | Memmert | ||
Wax printer | Xerox ColorQube 8880-PS | ||
Software | |||
Could AutoML Vision Object Detection documentation | Google Cloud | ||
ImageJ | National Institute of Health, Bethesda, MD, USA | ||
Inkscape 0.91 Software |