Обнаружение единичных вирусов гриппа с помощью нанопор для контроля вспышек

Грипп — высококонтагиозное респираторное заболевание глобального значения, вызывающее миллионы инфекций ежегодно с постоянным риском серьёзных вспышек. Пассивная вакцинация — единственный доступный метод для частичного контроля вируса. Быстрая диагностика гриппа исследуется для предотвращения вспышек, позволяя начать лечение на самых ранних стадиях инфекции; однако до сих пор чувствительность диагностики была недостаточно высокой.

В новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports, команда учёных под руководством Университета Осаки изучила полезность сочетания однчастичного нанопорового сенсора с технологией искусственного интеллекта. Они обнаружили, что этот подход создал новый метод типирования вирусов, который можно использовать для идентификации единичных вирионов гриппа.

Генетические методы могут идентифицировать многие виды вирусов, но требуют трудоёмких процессов и специального персонала, что делает их непригодными для скрининга у постели больного. В новом подходе исследователи разработали сенсор, способный оценивать отличительные наномасштабные свойства вирионов гриппа в физиологических образцах.

«Мы использовали машинное обучение для анализа электрических сигнатур вирионов, — говорит автор-корреспондент Макасу Цуцуи. — Используя этот подход искусственного интеллекта к анализу сигнала, наш метод может распознать небольшую разницу в форме волны тока, которую не может различить человеческий глаз. Это позволяет проводить высокоточную идентификацию вирусов».

При тестировании сенсора исследовательская группа обнаружила, что электроосмотический поток (движение жидкости, вызванное электрическим током через нанопору) через канал поры может блокировать прохождение невирусных частиц. Это гарантировало, что единственными частицами, оцениваемыми сенсором, были вирусные частицы, независимо от сложности образца, содержащего эти вирусы.

«Наши испытания показали, что этот новый сенсор может быть пригоден для использования в вирусном тест-наборе, который является одновременно быстрым и простым, — говорит ведущий автор Акихидэ Арима. — Важно, что использование этого сенсора не требует специальных человеческих экспертных знаний, поэтому его можно легко применять в качестве подхода к скринингу у постели больного широким кругом медицинских работников».

Помимо раннего обнаружения гриппа, этот метод наносенсора может быть модифицирован для раннего обнаружения других вирусных частиц. Это позволит обеспечить быстрое предотвращение и отслеживание различных локальных эпидемий и потенциальных пандемий.