Un groupe multidisciplinaire qui comprend l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et l'Université de Washington à Tacoma a développé une nouvelle plate-forme pour diagnostiquer les maladies infectieuses au point de service, en utilisant un smartphone comme instrument de détection en conjonction avec un kit de test au format d'une carte de crédit. Le groupe est dirigé par Brian T. Cunningham, professeur de génie électrique et informatique de l'Illinois; le professeur de bio-ingénierie de l'Illinois Rashid Bashir; et, Université de Washington à Tacoma Professeur David L. Hirschberg, qui est affilié aux Sciences et Mathématiques, division de l'École des arts et des sciences interdisciplinaires.

Les résultats ont été publiés dans Chimie analytique , démontrant la détection de quatre maladies respiratoires du cheval, et en Microdispositifs biomédicaux , où le système a été utilisé pour détecter et quantifier la présence de Zika, Dengue, et le virus Chikungunya dans une goutte de sang total. Les collaborateurs du projet comprennent le Dr David Nash, un expert équin en pratique privée et vétérinaire dans le Kentucky, et le Dr Ian Brooks, informaticien au National Center for Supercomputing Applications.

Le low cost, portable, le système intégré au smartphone offre une solution prometteuse pour relever les défis du diagnostic des maladies infectieuses, en particulier dans les environnements à ressources limitées ou dans les situations où un résultat est nécessaire immédiatement. L'intégration de l'outil de diagnostic avec la technologie de communication mobile permet des soins personnalisés aux patients et facilite la gestion de l'information pour les prestataires de soins de santé et les efforts de surveillance épidémiologique. Surtout, le système atteint des limites de détection comparables à celles obtenues par des méthodes et instruments de laboratoire, en 30 minutes environ.

Une capacité utile pour le diagnostic humain au point de service (POC) ou pour un laboratoire vétérinaire mobile, est de tester simultanément la présence de plus d'un agent pathogène avec un seul protocole de test, ce qui réduit les coûts, économise du temps et des efforts, et permet un panel de pathogènes, qui peuvent provoquer des symptômes similaires, à identifier.

Les maladies infectieuses restent les principales causes mondiales de décès et d'incapacités humaines, et avec les récentes flambées d'infections par le virus Zika, il y a un grand besoin de simplicité, sensible, et des tests au point de service facilement traduisibles. Le virus Zika est apparu sous les projecteurs internationaux à la fin de 2015 lorsque des preuves ont émergé d'un lien possible entre une épidémie affectant le Brésil et l'augmentation des taux de microcéphalie chez les nouveau-nés. Zika est devenu un problème mondial répandu - l'Organisation mondiale de la santé (OMS) a documenté l'année dernière que depuis juin 2016, 60 pays et territoires signalent une transmission continue par les moustiques. En outre, étant donné que l'infection par le virus Zika partage des symptômes avec d'autres maladies telles que la dengue et le chikungunya, rapide, un diagnostic précis est nécessaire pour différencier ces infections et déterminer la nécessité d'un traitement agressif ou d'une quarantaine.

Pour l'effort de recherche, les chevaux ont été utilisés comme modèle animal pour les maladies respiratoires chez l'homme et les animaux destinés à l'alimentation. Selon le Dr David Nash « Vous pouvez souvent développer plus facilement des outils de diagnostic à usage humain en abordant d'abord le développement du côté animal. De nombreuses maladies apparaissent d'abord chez les animaux, une sorte de canari dans la mine de charbon."

Contributeur clé du projet, Le Dr Nash commente l'impact financier des épidémies de maladies infectieuses chez les chevaux :« C'est coûteux pour les propriétaires de chevaux et les entraîneurs, et perturbe les opérations commerciales de tous les sports équestres. Considérez ceci :le 25 décembre, En 2016, un seul cheval logé au Fair Grounds Race Course à la Nouvelle-Orléans a eu de la fièvre et a développé par la suite des symptômes neurologiques. Le laboratoire de diagnostic de l'État se trouvait à 160 km et était fermé pour les vacances de Noël. Le résultat final a été une épidémie d'herpèsvirus équin-1 (EHV-1) qui a entraîné la mise en quarantaine de plus de 200 chevaux à l'hippodrome et une grave perte financière pour les propriétaires de chevaux et le propriétaire de l'hippodrome, Churchill Downs, Inc. Imaginez les conséquences si jamais ils devaient reporter le Kentucky Derby en raison d'une épidémie."

La technologie est destinée à permettre aux cliniciens de diagnostiquer rapidement la maladie dans leur cabinet ou sur le terrain, résultant plus tôt, des décisions de gestion des patients plus éclairées, tout en améliorant sensiblement le contrôle des épidémies. Une condition préalable importante à l'adoption généralisée des tests au point de service au côté du patient est la disponibilité d'instruments de détection peu coûteux, portable, et capable de partager des données sans fil sur Internet.

Le système utilise un smartphone commercial pour acquérir et interpréter des images en temps réel d'une réaction d'amplification enzymatique qui se déroule dans une puce microfluidique en silicium qui génère une fluorescence verte et affiche une lecture visuelle du test. Le système est composé d'un smartphone non modifié et d'un berceau portable imprimé en 3D qui supporte les composants optiques et électriques, et s'interface avec la caméra arrière du smartphone.

L'application logicielle fonctionnant sur le smartphone recueille des informations sur les tests effectués sur la carte microfluidique, informations spécifiques au patient, et les résultats des dosages, qui sont ensuite communiqués à une base de données de stockage en nuage.

Le Dr Nash observe que, « Ce projet change la donne. C'est l'avenir de la médecine :des professionnels de la santé de première ligne habilités. Nous ne pouvons pas arrêter les virus et les bactéries, mais nous pouvons diagnostiquer plus rapidement. Nous avons pu démontrer le bénéfice évident pour l'humanité, ainsi qu'aux animaux, pendant la phase de proposition du projet, et nos résultats ont prouvé notre prémisse. Prochain, Je veux aller sur le terrain, plusieurs sites, plusieurs emplacements géographiques, et tester dans des situations réelles."

L'étudiante diplômée et assistante de recherche de l'U of I, Fu Sun, considère ce projet comme l'accomplissement de l'un de ses principaux objectifs de carrière :« Je suis entrée à l'université avec l'espoir de créer un monde meilleur en développant des dispositifs biomédicaux qui peuvent faciliter une prévention efficace des maladies, diagnostic, ou un traitement. Ce projet est en ligne avec mon objectif puisqu'il fournit une solution de point de service pour le diagnostic rapide des maladies infectieuses. Connecté à une base de données cloud via un smartphone, il aide les prestataires de soins de santé sur le terrain à embrasser l'ère des mégadonnées et de l'Internet des objets."

Le système représente la seule plate-forme à ce jour qui peut multiplexer la détection de cibles virales et d'autres acides nucléiques sur une configuration de point de service portable à l'aide d'une goutte de liquide corporel, y compris le sang total.

Pour le Dr Nash, l'expérience de travail avec l'équipe de l'Université de l'Illinois et d'autres collaborateurs du projet a été formidable, comme il le fait remarquer "Une équipe diversifiée a été créée ici. Un groupe de personnes intelligentes et méchantes! Je ne peux pas imaginer me lancer dans un projet sans ingénieurs maintenant."