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Oct 16, 2023

Volume 9 della ricerca medica militare, numero articolo: 8 (2022) Citare questo articolo

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La diagnosi precoce e la classificazione delle infezioni aumentano il tasso di guarigione riducendo al contempo le complicanze, il che è significativo per le infezioni gravi, in particolare per la chirurgia di guerra. Tuttavia, i metodi tradizionali si basano su operazioni laboriose e dispositivi ingombranti. D’altro canto, i metodi point-of-care (POC) soffrono di robustezza e accuratezza limitate. Pertanto, è urgentemente richiesto lo sviluppo di dispositivi POC per una diagnosi rapida e accurata delle infezioni per soddisfare i requisiti militarizzati in loco.

Abbiamo sviluppato una piattaforma di rilevamento multiplex assistita con chip microfluidico a forma d'onda (WMC) (WMC-MDP). WMC-MDP riduce i tempi di rilevamento e migliora la ripetibilità attraverso la premiscelazione dei campioni e la reazione dei reagenti. Abbiamo ulteriormente combinato la piattaforma di rilevamento con il sistema amplificato streptavidina-biotina (SA-B) per migliorare la sensibilità utilizzando l'intensità della chemiluminescenza (CL) come lettura del segnale. Abbiamo realizzato il rilevamento simultaneo della proteina C-reattiva (CRP), della procalcitonina (PCT) e dell'interleuchina-6 (IL-6) sulla piattaforma di rilevamento e ne abbiamo valutato la sensibilità, l'intervallo lineare, la selettività e la ripetibilità. Infine, abbiamo completato il rilevamento di 15 campioni di volontari e confrontato i risultati con i kit ELISA commerciali.

Il rilevamento di CRP, PCT e IL-6 ha mostrato buone relazioni lineari tra le intensità e le concentrazioni di CL rispettivamente nell'intervallo 1,25–40 μg/ml, 0,4–12,8 ng/ml e 50–1600 pg/ml. Il limite di rilevamento di CRP, PCT e IL-6 era rispettivamente di 0,54 μg/ml, 0,11 ng/ml e 16,25 pg/ml. WMC-MDP è in grado di garantire selettività e ripetibilità adeguate. L'intera procedura di rilevamento richiede solo 22 minuti e soddisfa i requisiti di un dispositivo POC. I risultati di 15 campioni di volontari erano coerenti con i risultati rilevati dai kit ELISA commerciali.

WMC-MDP consente il rilevamento simultaneo, rapido e sensibile di CRP, PCT e IL-6 con selettività e ripetibilità soddisfacenti e richiedendo una manipolazione minima. Tuttavia, WMC-MDP trae vantaggio dal fatto di essere un dispositivo microfluidico che mostra coefficienti di variazione inferiori al 10% consentendo a WMC-MDP di essere un tipo di test point-of-care (POCT). Pertanto, WMC-MDP fornisce un'alternativa promettente al POCT di più biomarcatori. Riteniamo che l’applicazione pratica del WMC-MDP in campi militarizzati rivoluzionerà la diagnosi delle infezioni per i soldati.

Se non trattate, le infezioni possono portare da lievi irritazioni cutanee a gravi disfunzioni d'organo, soprattutto nel campo dei traumi e della chirurgia di guerra. Le infezioni batteriche e virali sono i principali tipi di infezione [1, 2]. Le infezioni gravi possono provocare sepsi. Ritardare di un’ora il trattamento della sepsi aumenta il rischio di morte del 6-10% [3]. Pertanto, è necessario analizzare i biomarcatori per una diagnosi e una classificazione delle infezioni rapide e accurate [4,5,6]. Il rilevamento multiplex della proteina C-reattiva (CRP) [7], della procalcitonina (PCT) [8] e dell'interleuchina-6 (IL-6) [9] è un metodo affidabile per diagnosticare accuratamente infezioni e sepsi [10]. Nel siero umano normale, il contenuto di CRP è generalmente inferiore a 8 μg/ml. L’aumento della CRP ha una correlazione positiva con la gravità dell’infezione [11]. Livelli elevati di CRP sono correlati a infezioni batteriche e ad alcune infezioni virali come l’emoagglutinina 1 neuraminidasi 1 (H1N1) e la malattia da virus Corona 2019 (COVID-19) [12,13,14]. La malattia coronarica [15, 16], il cancro [17, 18] e altre malattie di questo tipo hanno elevate concentrazioni di CRP. Per questo motivo, le diagnosi di infezioni basate sul rilevamento della CRP non sono accurate. Normalmente, il livello di PCT nel sangue è inferiore a 0,5 ng/ml negli adulti sani. La PCT è un indice specifico per il rilevamento di un'infezione batterica [19]. La concentrazione rimane normale quando si verificano infezioni virali. IL-6 è un biomarcatore altamente sensibile e specifico per la diagnosi delle infezioni. Il livello di IL-6 nel siero umano normale è inferiore a 75 pg/ml [20], un valore estremamente basso. È difficile rilevare l’IL-6 per identificare le infezioni virali e batteriche. Nel siero di pazienti con infezioni gravi o sepsi, i livelli di IL-6 superano i 1000 pg/ml. CRP, PCT e IL-6 hanno tempi e caratteristiche anormali diversi. Potrebbe portare a una diagnosi errata delle infezioni anche solo per rilevare un singolo biomarcatore. Le rilevazioni multiplex di CRP, PCT e IL-6 possono coprire l'intero periodo dell'infezione. Valuta efficacemente la classificazione e la gravità delle infezioni [21]. È imperativo sviluppare una tecnica di rilevamento multiplex per biomarcatori infettivi nei campi dei test point-of-care militarizzati (POCT) [22,23,24].