За последние десятилетия диагностика малярия изменилась мало. После взятия крови у больного, техникой мазка крови на стекло окрашивают его специальным красителем, рассматривают под микроскопом и выявляют паразита Plasmodium, который вызывает болезнь. Такой подход дает точный подсчет, сколько паразитов в крови. Но этот анализ не идеален, потому что могут присутствовать ошибки в виде человеческого фактора.
Группа ученых из Сингапура придумали возможную альтернативу. Исследователи разработали способ использования магнитного резонанса релаксометрии (МРР), похожий на магнитно-резонансную томографию (МРТ), которая обнаруживает паразитов в крови инфицированных пациентов. Эта техника может предложить более надежный способ обнаружения малярии, говорит Jongyoon Han, профессор электротехники и биологической инженерии Массачусетского технологического института.
При традиционном методе мазка крови, специалист окрашивает кровь реактивами, которые окрашивают ядра клетки. У эритроцитов нет ядер, таким образом, любой может предположить, что обнаружил клетки паразита. Технология и экспертные знания должны идентифицировать паразита, что не всегда доступно в некоторых областях, наиболее пострадавших от малярии, и технический персонал не всегда сходится в интерпретациях мазка, говорит Han.
Новая система обнаруживает отходы паразитов под названием гемозоин (малярийный пигмент). Когда паразиты заражают эритроциты, они питаются питательными веществами гемоглобина. Когда гемоглобин распадается, он освобождает железо, которое может быть токсичным, так как паразит преобразует железо в гемозоин — слабо парамагнитный кристаллит.
Эти кристаллы нарушают обычное магнитное вращение атомов водорода. При воздействии на мощные магнитные поля, атомы водорода начинают вращаться в том же направлении. Когда вторая, меньшая область тревожит атомы, они должны синхронно изменить свое вращение, но если другая магнитная частица, такая как гемозоин, присутствует, эта синхронизация нарушается посредством процесса, названного релаксацией. Чем большее магнитных частиц присутствует, тем быстрее синхронизация нарушатся.
«То, что мы пытаемся действительно измерить, это как ядерный магнитный резонанс водорода оказывает влияние на близость других магнитных частиц», — говорит Han.
Для этого исследования ученые использовали 0,5-тесла магнит, гораздо дешевле и мощнее, чем 2-х или 3-тесла магниты, которые обычно требуются для МРТ диагностики, и могут стоить до $ 2 миллиона. После взятия пробы крови анализ образцов занимает меньше минуты. Требуется только около 10 микролитров крови, что делает процедуру минимально инвазивной и гораздо проще для медицинских работников, чем забор крови внутривенно.
Кристаллы гемозоина появляются во всех четырех этапах малярийной инфекции, в том числе на ранних стадиях, и выявляют известных видов паразита Plasmodium. Кроме того, количество гемозоина может показать, насколько серьезна инфекция, и как она реагирует на лечение.
В данной работе исследователи доказали, что могут обнаружить малярийного плазмодия, наиболее опасную форму паразита в клетках крови, выращенных в лаборатории. Они также обнаружили паразита в эритроцитах мышей, инфицированных Plasmodium Berghei.
Теперь ученые хотят сделать эту технологию доступной по цене. Они проводят полевые испытания в Юго-Восточной Азии и изучают устройства питания на солнечной энергии, что является важным фактором для бедных сельских районов.
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Peng, Weng Kung; Kong, Tian Fook; Ng, Chee Sheng; Chen, Lan; Huang, Yongxue et al. (2014) Micromagnetic resonance relaxometry for rapid label-free malaria diagnosis // Nature Publishing Group, a division of Macmillan Publishers Limited.
