تشخیص بیماری سل در کودکان با استفاده از نانوفناوری و هوش مصنوعی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ به تازگی مقاله‌ای در نشریه Nature Biomedical Engineering منتشر شده، که در آن آزمایش خون جدیدی توسط محققان دانشگاه تولین ارائه شده‌است. در این آزمایش از ترکیب فناوری‌نانو و هوش مصنوعی برای تشخیص بیماری سل در کودکان در مواردی که ممکن است بیماری کشنده تشخیص داده نشود، استفاده می‌شود. سل دومین عامل شایع مرگ ناشی از بیماری‌های عفونی در سراسر جهان است که به تازگی کرونا جای آن را گرفته است.

 

آزمایش رایج برای تشخیص سل، به یک آزمایشگاه پیچیده نیاز دارد، محققان در تلاش هستند تا آن را ساده کنند تا بتوان این آزمایش را در سطح جامعه و با گوشی هوشمند انجام داد.

 

تونی هو، نویسنده ارشد این مطالعه در دانشگاه تولین، گفت: «سل بیماری است که به‌طور عمده در مناطق با منابع محدود یافت می‌شود، ایده‌آل این است که یک روش مبتنی بر گوشی هوشمند ایجاد کنیم که بتوان از آن در نقطه مراقبت استفاده کرد.»

 

سل در کودکان کم سن و سال، به ویژه مبتلایان به HIV کشنده است. از ربع میلیون کودک کمتر از ۱۵ سال که هر ساله به دلیل سل می‌میرند، بیش از ۸۰ درصد آن‌ها کمتر از ۵ سال سن دارند. تقریباً در همه این موارد، ۹۶ درصد، بیماری تشخیص داده نشده بود.

 

دکتر سیلویا ام. لاکورس، یکی از نویسندگان این مطالعه، استادیار گروه پزشکی و بهداشت جهانی دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن، گفت: «این یک تراژدی است، زیرا وقتی کودکان تشخیص داده می‌شوند و تحت درمان قرار می‌گیرند، عملکرد خوبی دارند. اما ما باید اول آن‌ها را پیدا کنیم.»

 

این آزمایش خون جدید با استفاده از فناوری‌نانو به دانشمندان اجازه می‌دهد حتی اجزای بسیار کوچک باکتری عامل سل، مولکولی به نام لیپوآرابینومانان (LAM) و پروتئین مرتبط به نام LprG را ببینند.

 

این مولکول‌ها را می‌توان در خون افراد مبتلا به سل در کیسه‌های کوچک متصل به غشاء به نام وزیکول‌های خارج سلولی یافت. سلول‌های ما به‌طور دائم چنین وزیکول‌هایی را ایجاد می‌کنند که یکی از راه‌های دفع مواد ناخواسته است. در مورد سل، سلول‌های ایمنی به نام ماکروفاژ‌ها که سل را در خود فرو می‌برند و تلاش می‌کنند تا سل را هضم کنند، وزیکول‌های پوشیده شده با LAM و LprG را دفع می‌کنند.

 

هو گفت: «مشکل این است که هر سلول در بدن ما روزانه هزاران وزیکول تولید می‌کند. یک نمونه خون ممکن است دارای میلیارد‌ها وزیکول باشد که تنها چند صد تای آن حاوی ماکروفاژ‌های آلوده به سل است.

 

برای شناسایی این وزیکول‌ها، هو و همکارانش نانوذرات را با آنتی‌بادی‌هایی پوشش دادند که LAM و LprG را به هم متصل می‌کنند. اگر خون حاوی وزیکول‌های LAM یا LprG باشد، آنتی‌بادی‌ها به مولکول‌ها متصل می‌شوند که در زیر میکروسکوپ قابل مشاهده است.

 

برای حساس‌تر کردن این آزمایش، محققان همچنین یک الگوریتم هوش مصنوعی ایجاد کردند که هرگونه نویز پس‌زمینه‌ای را که سایر مواد روی سطوح نانوذرات ممکن است ایجاد کنند، حذف می‌کند. این فرآیند خودکار همچنین امکان تجزیه و تحلیل سریع نمونه‌ها را فراهم می‌کند.

 

محققان دریافتند که این آزمایش از حساسیت بالایی برخوردار است به طوری که در ۸۹ درصد از کودکانی که مبتلا به سل بودند، این فناوری به‌طور دقیق سل را تشخیص داد.

 

لاکورس گفت: «این نتایج اولیه برای تشخیص سل در اطفال با استفاده از حجم کم خون، از جمله در میان کودکانی که آزمایش‌های معمولی مبتنی بر خلط نتوانسته بود بیماری را در آن‌ها تشخیص دهد، کاملاً امیدوارکننده است. سطح نشانگر‌های زیستی نیز پس از شروع درمان کاهش یافت و پتانسیل آزمایش را به‌عنوان راهی برای نظارت بر پاسخ به درمان برجسته کرد.»

 

برای توسعه این آزمایش، تولین یک همکاری بین‌المللی شامل ۲۴ سازمان تحقیقاتی مختلف، از جمله دانشگاه واشنگتن، دانشگاه اموری، دانشگاه میامی، دانشگاه ایالتی لوئیزیانا، بیمارستان متدیست هیوستون و همکاران در جمهوری دومینیکن، کینا و ویتنام را رهبری کرد.