Les appareils fabriqués avec des bandes de papier bon marché ont surpassé deux autres méthodes de test pour détecter l'infection par le paludisme chez les personnes asymptomatiques au Ghana – une avance de diagnostic qui pourrait accélérer les efforts pour éliminer la maladie, selon les chercheurs.
Une apparence trompeusement simple, les dispositifs facilitent les réactions chimiques entre une goutte de sang et des molécules intégrées dans des couches de papier et s'appuient sur une instrumentation sophistiquée, mais portable, pour faire le diagnostic: une mesure de spectrométrie de masse du produit final – dans des cas positifs, un antigène spécifique au paludisme qui déclenche le système immunitaire.
En règle générale, vous emmenez l'échantillon au laboratoire, mais maintenant nous emmenons le laboratoire à l'échantillon – je le prends en Afrique, l'une des parties les plus reculées du monde, et je fais l'analyse là. «
Abraham Badu-Tawiah, auteur principal du rapport sur le terrain et professeur de chimie et de biochimie à l'Ohio State University
« La question était, pouvons-nous avoir un outil sensible qui peut être livré aux personnes, peu importe où ils se trouvent. Une analyse statistique a montré que notre méthode est précise à 90%, comparable à un test de PCR. C'est très bon et nous pouvons fournir ces résultats aux personnes qui en ont le plus besoin. »
La recherche a été publiée récemment dans Chimie analytique.
Le paludisme est causé par la morsure des moustiques qui répartissent les parasites infectieux. L'Organisation mondiale de la santé estime qu'en 2022, 249 millions de personnes avaient le paludisme et environ 608 000 sont morts de la maladie. Un vaccin préventif est désormais disponible pour les enfants du Ghana, où plus d'un quart de la population a été infectée en 2011 contre 8,6% d'ici 2022.
Badu-Tawiah a rendu compte de cette invention pour la première fois en 2016, décrivant un appareil pour les tests à domicile ou à la télécommande en utilisant des structures légères qui pourraient maintenir des échantillons biologiques stables pendant des mois à la fois.
Bien que la technologie soit déjà affinée pour la détection d'autres maladies, le paludisme a été la principale préoccupation de Badu-Tawiah – en particulier en tant qu'absorption accrue du vaccin réduit l'immunité naturelle parmi la population, créant le besoin d'une surveillance généralisée pour les infections potentielles en Afrique subsaharienne.
Depuis 2016, le laboratoire de Badu-Tawiah a créé un processus d'automatisation 3D de stockage des anticorps et des ions dans l'appareil et a ajouté une molécule multi-formidable pour amplifier le signal composé pour la détection par spectrométrie de masse, mais le processus de fabrication de l'appareil est toujours manuel. Des feuilles de papier composant les couches de l'appareil – enduites de sections cireuses qui empêchent le sang de s'infiltrer – sont imprimées individuellement et pressées avec du ruban adhésif double face. Vingt-cinq appareils s'adaptent sur les feuilles 8×12 pouces.
Une fois appliquée, le sang est séparé en quatre chambres – deux agissant comme des témoins positifs et négatifs – et induit des réactions chimiques lorsqu'elle passe à travers les couches. Les chimistes ont conçu des sondes ioniques pour étiqueter les anticorps qui extraient l'antigène du sang et le placent en permanence sur le papier en 10 minutes environ. Après un lavage tampon, les bandes sont éclatées et agitées devant un spectromètre de masse portable.
« Le spectromètre mesure la masse du composé d'intérêt. Le poids moléculaire nous dit que si nous voyons une masse spécifique, cela signifie que l'antigène du paludisme est dans votre sang. C'est un oui. S'il n'est pas là, c'est un non », a déclaré Badu-Tawiah.
Les résultats sont disponibles en environ 30 minutes, mais les appareils utilisés peuvent également être stockés indéfiniment sans réfrigération pour une analyse ultérieure. La stabilité élevée signifie qu'après la phase de lavage, les dispositifs peuvent être transférés dans des enveloppes ordinaires – une capacité reliant les personnes à une infection asymptomatique dans les régions les plus reculées de l'Afrique aux centres riches en ressources ailleurs dans le monde, sans restrictions traditionnelles à la pouce à froid.
Plus de cinq semaines en 2022 au Ghana, le Badu-Tawiah a testé l'efficacité de l'appareil dans 266 volontaires asymptomatiques et a comparé ses résultats à trois autres méthodes de test courantes dans l'utilisation actuelle pour le diagnostic du paludisme: examen microscopique des cellules sanguines, des tests diagnostiques rapides disponibles dans le commerce et de la PCR (réaction en chaîne en polymérase).
Un facteur clé dans le test de personnes sans symptômes, a noté Badu-Tawiah, est que si elles sont infectées, la densité des parasites dans leur sang est probablement faible – ce qui signifie qu'un test très sensible est nécessaire pour détecter leur présence.
La comparaison a montré que la microscopie, l'étalon-or dans les hôpitaux africains, avait les résultats les moins précis, indiquant seulement 24 cas positifs, et des tests de diagnostic rapides ont identifié 63 infections. La PCR a identifié 142 cas positifs et les dispositifs papier ont identifié 184 positifs.
« La microscopie fonctionne bien lorsque la personne est malade et à l'hôpital. Ici, nous étions dans les communautés, où seuls 24 ont été montrés positifs avec la microscopie – ce test nous dit que la majorité est négative. C'est un gros problème », a déclaré Badu-Tawiah. « Mais lorsque vous utilisez une méthode plus sophistiquée comme la PCR, près de 50% des personnes sont malades, et pourtant la microscopie ne peut pas nous dire cela. Et chez les personnes ayant une densité de parasites très faible, les tests de diagnostic rapides ont mis en échec lamentablement – ils ne peuvent détecter que la densité de parasites plus élevée. »
Calcul de la sensibilité de chaque méthode – le nombre de véritables points positifs divisés par de vrais positifs plus les faux négatifs – a montré que les dispositifs papier atteignaient une sensibilité à 96,5%, contre 17% pour la microscopie et 43% pour les tests de diagnostic rapide.
Quarante-sept échantillons sur 266 ont donné un résultat faux positif – et tous ont été confirmés par microscopie comme négatifs. La PCR, qui est considérée comme le test le plus précis, a également diagnostiqué ces personnes comme négatives.
Badu-Tawiah a déclaré que les faux positifs auraient pu être causés par une viscosité différente des échantillons de sang, conduisant à la redistribution des canaux sanguins pendant la phase de lavage. L'équipe a modifié l'appareil pour rendre compte de cette possibilité.
Badu-Tawiah a commencé des conversations avec le gouvernement du Ghana sur la mise en œuvre d'un programme de test.
« Nous avons dit aux gens que c'était possible en 2016, et nous sommes en fait allés sur le terrain et l'avons testé. C'est très prometteur », a-t-il déclaré. « La technologie ira de pair avec la vaccination, et vous avez besoin d'un outil sensible qui est livrable. »
Il s'associe également à des cliniciens de l'Ohio State sur l'adaptation des appareils pour détecter les risques pour, entre autres conditions, le cancer colorectal et la pancréatite aiguë.
« J'ai le marteau maintenant et je pourrais frapper différents ongles », a-t-il déclaré. « Tout ce que nous avons à faire est de changer l'anticorps pour le rendre applicable à d'autres maladies. »
Ce travail a été soutenu par l'Institut national des allergies et des maladies infectieuses. Les co-auteurs incluent Ayesha Seth, Suji Lee, Girish Muralikrishnan, Edgar Garcia et James Odei de l'Ohio State et Abdul-Hakim Mutala et Kingsley Badu de Kwame Nkrumah Science and Technology au Ghana.
