研究人员创造了一种光学生物传感器，能够检测mpox病毒。这项创新技术有潜力加速并降低在这一疾病全球传播的背景下的诊断成本。
自2023年以来，刚果民主共和国的一个新的人类mpox毒株导致约5%的报告感染病例以死亡告终，主要发生在儿童中。该毒株随后扩展到其他几个国家。8月14日，世界卫生组织将此次疫情标记为国际关注的公共卫生紧急事件。此外，另一种但致死性较低的mpox变异株自2022年以来也导致了影响超过100个国家的疫情。
目前急需改进的诊断工具来帮助控制mpox的传播，并为未来可能的疫情做好准备。加州大学医疗中心、波士顿大学及其合作伙伴的一组研究人员发明了一种光学生物传感器，可以快速识别引起mpox的猴痘病毒。这一进展可能使医护人员能够在护理现场直接诊断此病，而不是等待实验室结果几个天。这项研究于2024年11月14日发表在《生物传感器与生物电子学》上。
根据加州大学圣地亚哥分校医学中心的合作项目科学家，研究共同领导者Partha Ray的说法，mpox的症状如发热、疼痛、皮疹和损伤与其他各种病毒感染相似。“因此，仅通过检查患者，医护人员很难将猴痘与其他疾病区分开来，”他解释道。
目前，聚合酶链反应（PCR）是唯一批准用于mpox的诊断方法。它成本高、需要实验室设施，结果可能需要几天甚至几周。Ray将其形容为“在迅速传播的流行病或疫情期间致命的组合。”
寻找更优秀的mpox诊断技术建立在波士顿大学著名工程教授Selim Ünlü实验室的十多年研究之上，Ünlü是该研究的共同领导者。他的实验室之前开发了识别埃博拉和COVID-19等病毒的光学生物传感器。Ray在加州大学圣地亚哥分校的团队为Ünlü的工程团队提供了生物知识和验证样本。
这项研究由波士顿大学电气和电子工程博士生Mete Aslan领导，使用一种称为Pixel-Diversity干涉反射成像传感器（PD-IRIS）的数字检测平台来识别病毒。
该团队分析了来自加州大学圣地亚哥健康中心一名mpox诊断已在实验室确认的患者损伤处取样的样本。他们首先用单克隆抗体与猴痘样本孵育，这种抗体与病毒表面的蛋白质结合。然后将这种病毒-抗体复合物放置在传感器中的硅芯片微小腔室里，设计用来捕捉这些纳米颗粒。
通过在芯片上照射特定波长的红光和蓝光，发生了干涉，当存在病毒-抗体复合物的纳米颗粒时，导致稍微不同的反应。一台彩色相机记录下这个微小信号，并以极高的灵敏度计算个别颗粒。
Ünlü解释了这个过程，“我们并不是观察病毒颗粒自身散射的光，而是集中在由散射光与来自芯片表面的反射光混合而产生的干涉特征。”他将其比作FM广播，信息的弱信号与同频率的强载波信号结合，强化了弱信号。
团队还测试了单纯疱疹病毒和牛痘病毒样本，这些病毒的表现与mpox相似。他们的生物传感器成功区分了mpox样本和这些病毒，确认了该检测能够将mpox与其他常见病毒性疾病区分开来。
“仅需两分钟，我们就可以判断某人是否感染了猴痘，”Ray表示。“从我们收集病毒样本到收到实时数据大约需要20分钟。”
这种快速检测能力意味着医护人员可以比等待实验室结果更快地诊断mpox。这一点特别重要，因为它可以减轻在医疗资源有限的国家社区传播的影响。如果有治疗方法，也能更快开始治疗。
Ray设想将这些检测作为试剂盒进行大规模生产，这将显著降低成本。单一的试剂盒可以用于检测多种病毒，包括梅毒或HIV。
“芯片将保持不变，”Ray解释道。“唯一的变化是特定病毒的结合抗体。”
Ray和Ünlü正在合作商业化这项技术，不仅是为了应对刚果民主共和国对快速mpox检测的迫切需求，也为防止疫情升级为大流行。然而，他们强调，这一倡议需要政府的支持，因为对针对未来威胁的诊断市场几乎没有激励。
“如果我们现在不有效应对这一特定疫情，就不会局限于非洲，”Ray警告道。
该研究的其他共同作者包括：Howard Brickner、Alex E. Clark、Aaron F. Carlin来自加州大学圣地亚哥；Elif Seymour来自波士顿大学商业孵化中心的iRiS Kinetics；Michael B. Townsend和Panayampalli S. Satheshkumar来自疾病控制和预防中心；Iris Celebi来自波士顿大学；以及Megan Riley来自axiVEND。
该研究部分获得了国家过敏与传染病研究所（P30 AI036214）及国家科学基金会（NSF-TT PFI 2329817）的资助。
