Diagnosi basata su smartphone di infezioni parassitarie con saggi colorimetrici in provette da centrifuga

L’ALLEGATO STAMPATO IN 3D TRASFORMA LO SMARTPHONE IN UNO STRUMENTO DIAGNOSTICO ACCESSIBILE PER LE MALATTIE PARASSITARIE

I ricercatori dell’Università di Granada , in Spagna e dell’Università di Glasgow , in Scozia, hanno utilizzato la stampa 3D per consentire la diagnosi di infezioni parassitarie tramite smartphone.

Utilizzando un’applicazione software sviluppata appositamente per Android, la piattaforma è in grado di effettuare un’analisi automatica e accurata delle specie tripanosomatidi utilizzando la fotocamera posteriore dello smartphone. I tripanosomatidi sono parassiti responsabili di una serie di malattie nell’uomo e nel bestiame. Questa diagnosi può essere raggiunta sul telefono cellulare utilizzando un accessorio di plastica stampato in 3D, che si collega alla fotocamera dello smartphone e fornisce illuminazione controllata e posizionamento fisso del campione.

Sviluppando un metodo accessibile e conveniente per diagnosticare queste malattie, i ricercatori sperano che possa essere utilizzato in aree remote dei paesi in via di sviluppo che hanno un accesso limitato alle risorse per tali strumenti. Nel documento di ricerca pubblicato su IEEE Access , gli autori affermano:

“LA SUA SEMPLICITÀ E PRESTAZIONI AFFIDABILI NE CONSENTONO L’UTILIZZO IN AMBIENTI REMOTI CON RISORSE LIMITATE DA PARTE DI TECNICI / INFERMIERI RELATIVAMENTE NON QUALIFICATI, DOVE I LABORATORI DIAGNOSTICI SONO SCARSAMENTE DISTRIBUITI. I RISULTATI POSSONO TUTTAVIA ESSERE INVIATI FACILMENTE TRAMITE SMARTPHONE AGLI ESPERTI MEDICI E ALLE AGENZIE SANITARIE DEL GOVERNO “.
Sbloccare l’utilità degli smartphone con la stampa 3D

I ricercatori spiegano che gli smartphone sono dispositivi potenti, accessibili e facili da usare che possono “migliorare significativamente le capacità diagnostiche di salute medica e animale, in particolare in contesti con risorse limitate”. La loro capacità di trasmettere rapidamente i dati può anche essere sfruttata per un rapido trasferimento di risultati dell’analisi al personale sanitario, consentendo la diagnosi di malattie in aree prive dell’infrastruttura per supportare analisi rapide.

Il team di ricerca spiega inoltre che queste fotocamere per smartphone hanno il potenziale per essere utilizzate per saggi reattivi colorimetrici, che vengono utilizzati per misurare qualsiasi sostanza in esame che è essa stessa colorata o che può reagire per produrre un colore. I saggi colorimetrici reattivi possono essere sfruttati per rilevare biomarcatori di malattie e gli smartphone sono stati utilizzati in tali applicazioni per il rilevamento di tubercolosi e HIV, secondo il documento.

Tuttavia, il documento spiega che “vari fattori possono influire sull’affidabilità dell’elaborazione delle immagini e come strumento diagnostico affidabile”. Pertanto, i ricercatori propongono di utilizzare un allegato esterno per garantire il rispetto delle specifiche di prestazione, poiché i metodi privi di apparecchiature possono soffrire di scarsa ripetibilità, nonché problemi di standardizzazione dovuti a ri fl essioni e posizionamento del sensore. Pertanto, i ricercatori hanno optato per la stampa 3D di un accessorio in plastica come soluzione a basso costo per fornire illuminazione controllata e supporto fisso per campioni e telefoni cellulari.

Oltre all’accessorio stampato in 3D, il team di ricerca ha anche sviluppato un’applicazione software basata su Android per lo smartphone al fine di testare le sue capacità di analisi di array colorimetrici millimetrici. L’applicazione è in grado di riconoscere e quantificare le coordinate di colore di ogni punto nel modello di array attraverso la fotocamera del telefono.

Concentrandosi sulle malattie parassitarie della famiglia Trypanosomatidae, i ricercatori hanno testato la loro piattaforma diagnostica per smartphone utilizzando il DNA reale. Questi parassiti colpiscono sia l’uomo che il bestiame e possono portare a conseguenze sanitarie ed economiche significative per molti paesi. L’uso della fotocamera di uno smartphone offre vari vantaggi per il rilevamento di tali malattie oltre all’accessibilità, tra cui una riduzione degli errori umani nel riconoscimento dei modelli a seguito di personale non addestrato. Consente inoltre la creazione di un record permanente da condividere con gli esperti di salute.

Dai test, i ricercatori hanno concluso che con l’accessorio stampato in 3D e l’applicazione Android, lo smartphone è stato in grado di rilevare accuratamente le malattie tripanosomatiche nel DNA reale. La loro piattaforma è stata testata ripetutamente per valutare il rilevamento delle dimensioni, la sfocatura dei bordi e le capacità di rilevamento del colore, convalidando il suo utilizzo per l’analisi delle matrici spot colorimetriche. L’accessorio stampato in 3D consente alla fotocamera di rilevare punti con diametri da 300 µm con una tolleranza del 15 percento.

Concludendo il documento, i ricercatori hanno scritto: “Questo sistema è stato testato per il rilevamento di malattie parassitarie delle tripanosomie della famiglia, che sono responsabili di malattie devastanti nell’uomo, nei cani e nel bestiame. In questo contesto, la piattaforma basata su smartphone che è stata sviluppata analizza l’immagine e converte il pannello di punti in una specie tripanosomatide ”.

“DATA L’IMPORTANZA DI TALI SAGGI NEI PAESI IN VIA DI SVILUPPO, L’APPLICAZIONE DI IMAGING DEL TELEFONO CELLULARE È STATA PROGETTATA PER ESSERE PARTICOLARMENTE INTUITIVA PER L’USO DA PARTE DI PERSONALE NON ADDESTRATO. I RISULTATI REGISTRATI POSSONO ESSERE IMMEDIATAMENTE TRASMESSI AI MEDICI DI RIFERIMENTO DA POSTAZIONI REMOTE PER CONSIGLI E DECISIONI TERAPEUTICHE. “

Questo non è il primo caso in cui la stampa 3D ha fornito ai ricercatori un mezzo per sviluppare accessori specifici a basso costo per telefoni cellulari che trasformano i dispositivi in ​​strumenti medici utili e accessibili. Ad esempio, gli scienziati della RMIT University hanno sviluppato un filtro “clip-on” stampato in 3D che può trasformare le fotocamere degli smartphone in un potente microscopio . Capace di visualizzare campioni di appena 1 / 200esimo di millimetro, il dispositivo può potenzialmente rivelarsi utile come strumento diagnostico o dispositivo di ricerca point of care, per cliniche sanitarie remote e gruppi di ricerca sul campo.

Al di fuori degli smartphone, la stampa 3D è stata anche sfruttata per costruire un microscopio standalone ad alta risoluzione per microscopia olografica digitale (DHM). Cercando di creare un microscopio portatile, potente ed economico, i ricercatori statunitensi hanno stampato in 3D il dispositivo per consentire la diagnosi di malattie come la malaria, la malattia da anemia falciforme, il diabete e altri.

La semplicità e il basso costo di costruzione dello strumento, realizzato interamente con parti stampate in 3D e componenti ottici comunemente trovati, potrebbero “aumentare l’accesso ai test diagnostici medici a basso costo”, secondo il leader del team di ricerca Bahram Javidi dell’Università del Connecticut, che afferma “sarebbe particolarmente utile nello sviluppo di parti del mondo in cui vi è un accesso limitato all’assistenza sanitaria e poche strutture diagnostiche ad alta tecnologia”.

” Diagnosi basata su smartphone di infezioni parassitarie con saggi colorimetrici in provette da centrifuga ” è scritta da Pablo Escobedo, Miguel M. Erenas, Antonio Martínez Olmos, Miguel A. Carvajal, Mavys Tabraue Chávez, Angélica Luque González, Juan J. Díaz-mochón, Salvatore Pernagallo, Luis Fermín Capitán-vallvey e Alberto J. Palma.