Nanoguld upptäcker sjukdom på 15 minuter: NasRED läser hundratals molekyler i en droppe blod

ACS Nano beskrev ett portabelt diagnostiskt test som kallas NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): det använder guldnanopartiklar och elektrooptisk avläsning för att detektera antigener och antikroppar mot infektioner vid superlåga koncentrationer – ner till subfemtomolär/attomolär nivå. Testning för COVID-19 visade korrekt åtskillnad från andra infektioner, svarstiden var ~15 minuter och kostnaden för testet var cirka 2 dollar. Enligt författarna är känsligheten ~3000 gånger högre än ELISA, 16 gånger mindre prov krävs och resultatet är 30 gånger snabbare.

Bakgrund

• Varför återigen PoC-diagnostik och hur man mäter dess framgång. I verkligheten behövs point-of-care -tester (på plats, snabba, billiga) som uppfyller kriterierna för ASSURED/RESSURED:Prisvärda, Känsliga, Specifika, Användarvänliga, Snabba/Robusta, Utrustningsfria/enkla, Levererade plus Realtidsanslutning och enkel provtagning. De flesta "hemmetester" täcker fortfarande inte alla punkter, särskilt inte "S" - känslighet. Därav kapplöpningen om metoder som ger en laboratorienivå av känslighet utan ett laboratorium.
• Där klassikerna fastnar.
  • LAT-remsor (antigentest) är snabba och billiga, men känsligheten mot PCR är måttlig och starkt beroende av virusmängd/sjukdomstid; även de bästa kiten når ofta inte upp till "laboratoriekänsligheten".
  • ELISA är korrekt men kräver reagens, tvättare/avläsare, inkubationer – detta tar timmar och ett laboratorium; befintliga "förbättrade" versioner sänker tröskelvärdena, men på bekostnad av protokollets komplexitet. För fältscreening är dessa hinder.
• Varför guldnanopartiklar? AuNP:er är biosensorernas arbetshästar: de har ett uttalat plasmoniskt svar (förändringar i absorption/spridning vid aggregering eller när miljön förändras), bekväm ytkemi för protein/aptamer-konjugering och god stabilitet. Detta möjliggör konstruktion av tester där länken "analyserad molekyl ↔ nanopartikel" omvandlas till en optisk/elektronisk signal utan komplex optik.
• Elektro-/optoelektronisk avläsning som ett steg framåt. Nyckeln till PoC är att förenkla detektionen: istället för stora spektrofotometrar, använd en LED + enkel fotosensor/elektronik och läs av förändringen i transparens/spridning eller "sedimentering" av funktionaliserade nanopartiklar vid målbindning. Sådana scheman ger ett stort dynamiskt omfång och snabb svarstid samtidigt som låga detektionsgränser bibehålls. Det är här NasRED passar in.
• Varför är det viktigt att kunna se både antigener och antikroppar? För infektioner i olika stadier är vissa måltavlor mer informativa än andra: antigen för tidig aktiv infektion, antikroppar för tidigare/nuvarande infektion med serokonversion eller bedömning av immunsvaret. Plattformar som modulärt "återkvalificerar" från antigener till antikroppar (och tillbaka) skalar upp snabbare för nya patogener/uppgifter.
• Kontexten för denna specifika artikel. I en demonstration av SARS-CoV-2 demonstrerade NasRED detektion av subfemtomolära nivåer av antigener/antikroppar på ~15 minuter från en mikrovolym (cirka 6 µl) och korrekt åtskillnad av COVID-19 från andra infektioner; plattformen påstås vara anpassningsbar till toxiner, tumörmarkörer etc. Detta minskar gapet mellan "remsan" och laboratoriet vad gäller känslighet och hastighet. Konsekvensen är potentialen för tidig upptäckt vid låg prevalens och i miljöer med låga resurser.
• Men överkänslighet medför också risker. Ju lägre tröskelvärde, desto högre krav på renhet, korsreaktionskontroll och hantering av falskt positiva resultat. Därför kräver varje nytt "mål" på plattformen separata kliniska valideringar och stresstester för matriseffekter (blod, saliv, nasofarynx) och stabiliteten hos förbrukningsvaror i verkliga leveranskedjor.
• Varför detta är en logisk riktning för utvecklingen av tester. Fältet har redan lärt sig att "bryta" pikomolära barriärer (digital ELISA, förbättrade LF-format), men oftare på bekostnad av dyr utrustning/komplexa protokoll. AuNP-plattformar med enkel elektronisk avläsning strävar efter att kombinera ultrakänslighet med billig hårdvara – precis vad ASSURED/REASSURED-kriterierna kräver.

Hur fungerar detta

• Guldnanopartiklar är belagda med igenkänningsmolekyler. För att söka efter ett viralt protein används antikroppar; för att fånga patientens antikroppar används virala antigener.
• Dessa partiklar tillsätts till ett litet prov (en droppe blod/saliv/näsvätska). Om provet innehåller ett mål, klibbar de flesta nanopartiklarna ihop och sjunker till botten av röret. Om det inte finns något mål förblir suspensionen grumlig.
• Apparaten skickar en LED-stråle genom vätskans ovansida och en elektronisk sensor mäter hur mycket ljus som passerar igenom: mer ljus = partiklar har "fallit", vilket betyder att det finns ett mål. Allt utan skrymmande optik och komplicerad provberedning.

Vad exakt visades i det nya verket

• COVID-19: NasRED detekterade tillförlitligt SARS-CoV-2-antigener och antikroppar på nivåer där standardmetoder misslyckas, och differentierade COVID-19 från andra infektioner. I våttester med hela coronaviruspartiklar var känsligheten jämförbar med Abbott ID NOW (ett populärt molekylärt test), men med en fördel i hastighet/enkelhet.
• Detektionströskel: Teamet pressade känsligheten in i det attomolära intervallet (exempel från pressmeddelandet: "en droppe bläck i 20 olympiska simbassänger"). Artikelns titel betonar den subfemtomolära nivån.
• Modularitet: samma ”tomma” nanoplattformar kan snabbt omprogrammeras för andra mål, från E. coli (Shiga-toxin) till tumörmarkörer och Alzheimersproteiner; en prototyp av denna teknik har tidigare smittats med ebola från små volymer blod.

Varför är detta viktigt?

• Laboratorietester – utan labbet. Ett akut behov inom sjukvården är snabb, noggrann och kostnadseffektiv point-of-care (PoC). NasRED överbryggar klyftan mellan snabba testremsor och "tunga" laboratorietester: ~2 dollar per test, ~15 minuter, minimal utrustning och utbildning. Detta är avgörande för fältförhållanden och regioner med låga resurser.
• Tidig upptäckt vid låg prevalens. När fallen är få (tidiga utbrott, riskgrupper för HIV/HCV, borrelios) är det inte lönsamt att lansera laboratoriekedjor, och patienter testas helt enkelt inte. Det ultrakänsliga PoC-testet låter dig leta efter en nål i en höstack – och göra det direkt på plats.

Hur mycket är detta "bättre än standard"?

Författarna ger jämförelser: ≈3000 gånger känsligare än ELISA, 16 gånger mindre provvolym, 30 gånger snabbare svarstid; i absoluta koncentrationer, hundratals molekyler i submikroliter, "nästan 100 000 gånger känsligare än standardlaboratorietester" (uppskattning från institutionell release). Dessa siffror hänvisar till riktmärken under studieförhållanden och kräver extern validering.

Vad som redan är klart om "smärtpunkterna"

• För närvarande kräver provberedning bänkmonterade minicentrifuger/blandare; teamet arbetar med miniatyrisering och automatisering, med målet att skapa ett helt fickformat och eventuellt ett hemmatest.
• Den angivna universaliteten (moduler för olika sjukdomar) är utmärkt på pappret, men för kliniken behövs separata kliniska prövningar för varje analytiskt mål (hiv, HCV, borrelios, etc.) med testning av korsreaktioner, reagensstabilitet och leveranskedjans kvalitet.

Vart kan detta leda?

Inom överskådlig framtid ser NasRED ut som en plattform: en enhet + utbytbara sensor-"tillbehör" för önskad markör. Om modulariteten bekräftas kan denna metod påskynda utplaceringen av tester för nya utbrott och utöka PoC-diagnostik på kliniker, akutmottagningar, mobila punkter och till och med i mobila team för svårnådda grupper.

Källa: Choi Y. et al. Nanopartikelstödd, snabb och elektronisk detektion av SARS-CoV-2-antikroppar och antigener på subfemtomolär nivå. ACS Nano, publicerad 11 augusti 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083