Домашний тест на рак за 12 минут. Понадобится… всего одна кофейная капля

Кто бы мог подумать, что у старой доброй кофейной капли и высокоточной диагностики найдётся нечто общее . Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли разработали новую технологию домашних экспресс-тестов, основанную на эффекте кофейного кольца — том самом явлении, которое возникает, если пролить напиток на стол.

Суть проста: при испарении жидкости содержащиеся в ней частицы смещаются к краям, где и оседают, формируя плотный обод. Именно поэтому следы от кофе или вина по краям всегда темнее, чем в центре.

Вот команда UC Berkeley и задумалась: а что, если можно таким же способом концентрировать биомаркеры — белки, сигнализирующие о проблемах со здоровьем? Это позволило резко повысить чувствительность анализа и фиксировать даже минимальные отклонения, которые раньше ускользали от домашних инструментов.

Так появилась недорогая, компактная и простая в использовании система, в десятки раз чувствительнее привычных тестов на COVID-19 . Один из первых реальных кейсов — диагностика сепсиса, состояния, которое особенно быстро развивается у людей старше 50 лет и требует немедленного вмешательства. Если традиционный бакпосев занимает несколько суток, то новая технология выдаёт результат за 10–15 минут, позволяя выиграть жизненно важное время. Также метод уже показал эффективность при раннем выявлении рака простаты.

В основе метода — три элемента: эффект кофейного кольца, плазмонные наночастицы , взаимодействующие со светом, и приложение со встроенным ИИ, которое анализирует световые узоры. Вопреки кажущейся сложности, работает это удивительно просто — без громоздкой лабораторной техники.

Процесс начинается с нанесения образца — например, мазка из носа или со щеки — на специальную мембрану. По мере высыхания белки, связанные с заболеванием, концентрируются по краю, формируя кольцо с максимальной плотностью нужных молекул.

Затем наносится вторая капля — с частицами, настроенными на контакт с конкретными белками. Если они есть, частицы связываются с ними и образуют микрокластеры, которые меняют отражение света на мембране. Эту реакцию можно заметить даже невооружённым глазом — или считать камерой смартфона, который под управлением нейросети определит результат.

Исследователи собрали и прототип домашнего теста, похожий на обычные COVID-наборы . В комплект входят 3D-печатная подставка, подсказывающая, куда капать, миниатюрный нагреватель для ускорения испарения и дозатор. Всё это компактно, удобно и понятно в использовании.

Решающим элементом диагностики стало мобильное приложение с ИИ . Оно считывает структуру кольца, оценивает, как свет отражается от частиц, и даёт вывод о наличии или отсутствии заболевания. Пользователю не нужны ни специальные навыки, ни доступ к лаборатории.

Камьяр Бехрузи, соавтор проекта и выпускник PhD-программы в Беркли, уверен: технология особенно важна для регионов с ограниченным доступом к медицинской помощи. Во время пандемии COVID-19 миллионы людей привыкли к тестам на дому , которые дают результат за минуты. Теперь учёные надеются: общество готово к следующему шагу — самостоятельной диагностике сложных диагнозов, включая онкологию, без визита к врачу.