Nanogold Menularkan Penyakit dalam 15 Menit: NasRED Membaca Ratusan Molekul dalam Setetes Darah

ACS Nano menjelaskan tes diagnostik portabel bernama NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): tes ini menggunakan nanopartikel emas dan pembacaan elektro-optik untuk mendeteksi antigen dan antibodi terhadap infeksi pada konsentrasi super rendah — hingga tingkat subfemtomolar/attomolar. Tes COVID-19 menunjukkan kemampuan diskriminasi yang akurat dari infeksi lain, waktu respons sekitar 15 menit, dan biaya tes sekitar $2. Menurut penulis, sensitivitasnya sekitar 3000 kali lebih tinggi daripada ELISA, sampel yang dibutuhkan 16 kali lebih sedikit, dan hasilnya 30 kali lebih cepat.

Latar belakang

• Mengapa diagnostik PoC kembali dibutuhkan dan bagaimana mengukur keberhasilannya? Dalam praktik nyata, tes point-of-care (di tempat, cepat, murah) diperlukan yang memenuhi kriteria ASSURED/REASSURED: Terjangkau, Sensitif, Spesifik, Mudah Digunakan, Cepat/Kuat, Tanpa Peralatan/Sederhana, Terkirim, plus konektivitas waktu nyata dan kemudahan pengambilan sampel. Sebagian besar tes "di rumah" masih belum mencakup semua poin, terutama "S" - sensitivitas. Oleh karena itu, muncul persaingan untuk metode yang akan memberikan tingkat sensitivitas laboratorium tanpa laboratorium.
• Di mana karya klasik terhenti.
  • Strip LAT (tes antigen) cepat dan murah, tetapi sensitivitas terhadap PCR sedang dan sangat bergantung pada jumlah virus/waktu penyakit; bahkan kit terbaik pun sering kali tidak memiliki sensitivitas “laboratorium”.
  • ELISA akurat tetapi membutuhkan reagen, pencuci/pembaca, dan inkubasi—ini membutuhkan waktu berjam-jam dan laboratorium; versi "yang disempurnakan" yang ada menurunkan ambang batas, tetapi dengan mengorbankan kompleksitas protokol. Untuk skrining lapangan, ini menjadi hambatan.
• Mengapa nanopartikel emas? AuNP adalah andalan biosensor: mereka memiliki respons plasmonik yang jelas (perubahan penyerapan/hamburan saat agregasi atau ketika lingkungan berubah), kimia permukaan yang nyaman untuk konjugasi protein/aptamer, dan stabilitas yang baik. Hal ini memungkinkan konstruksi pengujian di mana tautan "molekul yang dianalisis ↔ nanopartikel" diubah menjadi sinyal optik/elektronik tanpa optik yang rumit.
• Pembacaan Elektro-/Opto-Elektronik sebagai Langkah Maju. Kunci PoC adalah menyederhanakan deteksi: alih-alih spektrofotometer besar, gunakan LED + fotosensor/elektronik sederhana dan baca perubahan transparansi/hamburan atau "pengendapan" nanopartikel terfungsionalisasi setelah pengikatan target. Skema semacam itu memberikan rentang dinamis yang besar dan waktu respons yang cepat sambil mempertahankan batas deteksi yang rendah. Di sinilah NasRED berperan.
• Mengapa penting untuk dapat melihat antigen dan antibodi? Untuk infeksi pada berbagai tahap, beberapa target lebih informatif daripada yang lain: antigen untuk infeksi aktif awal, antibodi untuk fakta infeksi masa lalu/saat ini dengan serokonversi atau penilaian respons imun. Platform yang secara modular "berkualifikasi ulang" dari antigen ke antibodi (dan sebaliknya) dapat ditingkatkan skalanya lebih cepat untuk patogen/tugas baru.
• Konteks artikel ini. Dalam sebuah demonstrasi pada SARS-CoV-2, NasRED mendemonstrasikan deteksi kadar subfemtomolar antigen/antibodi dalam waktu sekitar 15 menit dari mikrovolume (sekitar 6 µl) dan diskriminasi COVID-19 yang akurat dari infeksi lain; platform ini diklaim adaptif terhadap toksin, penanda tumor, dll. Hal ini menjembatani kesenjangan antara "strip" dan laboratorium dalam hal sensitivitas dan kecepatan. Konsekuensinya adalah potensi deteksi dini pada prevalensi rendah dan di lingkungan dengan sumber daya terbatas.
• Namun, hipersensitivitas juga memiliki risiko. Semakin rendah ambang batasnya, semakin tinggi persyaratan untuk kemurnian, pengendalian reaksi silang, dan manajemen positif palsu. Oleh karena itu, setiap "target" baru pada platform memerlukan validasi klinis dan uji stres terpisah untuk efek matriks (darah, saliva, nasofaring) dan stabilitas bahan habis pakai dalam rantai pasokan yang sebenarnya.
• Mengapa ini merupakan arah yang logis bagi evolusi pengujian? Bidang ini telah belajar untuk "mendobrak" hambatan pikomolar (ELISA digital, format LF yang disempurnakan), tetapi lebih sering dengan mengorbankan peralatan yang mahal/protokol yang kompleks. Platform AuNP dengan pembacaan elektronik sederhana berupaya menggabungkan sensitivitas ultra dengan perangkat keras murah—persis seperti yang dipersyaratkan oleh kriteria ASSURED/REASSURED.

Bagaimana cara kerjanya?

• Nanopartikel emas dilapisi dengan molekul pengenal. Antibodi digunakan untuk mencari protein virus; antigen virus digunakan untuk menangkap antibodi pasien.
• Partikel-partikel ini ditambahkan ke sampel kecil (setetes darah/air liur/cairan hidung). Jika sampel mengandung target, sebagian besar nanopartikel akan saling menempel dan mengendap di dasar tabung. Jika tidak ada target, suspensi akan tetap keruh.
• Perangkat ini memancarkan sinar LED melalui bagian atas cairan dan sensor elektronik mengukur seberapa banyak cahaya yang melewatinya: semakin banyak cahaya = partikel telah "jatuh", yang berarti ada target. Semua ini tanpa optik yang besar dan persiapan sampel yang rumit.

Apa sebenarnya yang ditunjukkan dalam karya baru tersebut

• COVID-19: NasRED mendeteksi antigen dan antibodi SARS-CoV-2 secara andal pada tingkat yang tidak dapat dideteksi metode standar, dan membedakan COVID-19 dari infeksi lain. Dalam uji basah dengan partikel virus corona utuh, sensitivitasnya sebanding dengan Abbott ID NOW (tes molekuler yang populer), tetapi dengan keunggulan dalam kecepatan/kesederhanaan.
• Ambang deteksi: Tim mendorong sensitivitas ke rentang attomola (contoh dari siaran pers: "setetes tinta di 20 kolam renang Olimpiade"). Judul artikel menekankan tingkat subtomola.
• Modularitas: nanoplatform “kosong” yang sama dapat dengan cepat diprogram ulang untuk target lain, dari E. coli (toksin Shiga) hingga penanda tumor dan protein Alzheimer; prototipe teknologi ini sebelumnya menangkap Ebola dari volume darah yang sangat kecil.

Mengapa ini penting?

• Pengujian tingkat laboratorium — tanpa laboratorium. Kebutuhan mendesak di bidang kesehatan adalah pengujian di tempat perawatan (PoC) yang cepat, akurat, dan berbiaya rendah. NasRED menjembatani kesenjangan antara strip cepat dan laboratorium "berat": ~$2 per tes, ~15 menit, peralatan dan pelatihan minimal. Hal ini penting untuk kondisi lapangan dan wilayah dengan sumber daya terbatas.
• Deteksi dini pada prevalensi rendah. Ketika kasus masih sedikit (wabah awal, kelompok risiko HIV/HCV, borreliosis), meluncurkan rantai laboratorium tidak menguntungkan, dan pasien tidak dites. Tes PoC yang sangat sensitif memungkinkan Anda mencari jarum di tumpukan jerami — dan melakukannya langsung di tempat.

Seberapa "lebih baik dari standar" ini?

Para penulis memberikan perbandingan: ≈3000 kali lebih sensitif daripada ELISA, volume sampel 16 kali lebih kecil, waktu respons 30 kali lebih cepat; dalam konsentrasi absolut, ratusan molekul dalam sub-mikroliter, "hampir 100.000 kali lebih sensitif daripada uji laboratorium standar" (perkiraan dari rilis institusional). Angka-angka ini merujuk pada tolok ukur dalam kondisi studi dan memerlukan validasi eksternal.

Apa yang sudah jelas tentang "titik nyeri"

• Untuk saat ini, persiapan sampel memerlukan mini-sentrifus/pencampur meja; tim sedang berupaya untuk membuat miniaturisasi dan otomatisasi, dengan tujuan format berukuran saku sepenuhnya dan, berpotensi, pengujian di rumah.
• Universalitas yang dinyatakan (modul untuk berbagai penyakit) sangat bagus di atas kertas, tetapi untuk klinik, uji klinis terpisah diperlukan untuk setiap target analitis (HIV, HCV, borreliosis, dll.) dengan pengujian reaksi silang, stabilitas reagen, dan kualitas rantai pasokan.

Ini bisa dibawa ke mana?

Di masa mendatang, NasRED tampak seperti sebuah platform: satu perangkat + "lampiran" sensor yang dapat diganti untuk penanda yang diinginkan. Jika modularitas terkonfirmasi, pendekatan ini dapat mempercepat penerapan tes untuk wabah baru dan memperluas diagnostik PoC di klinik, unit gawat darurat, titik-titik bergerak, dan bahkan dalam tim bergerak untuk kelompok-kelompok yang sulit dijangkau.

Sumber: Choi Y. dkk. Deteksi Antibodi dan Antigen SARS-CoV-2 pada Tingkat Subfemtomolar dengan Dukungan Nanopartikel, Cepat, dan Elektronik. ACS Nano, diterbitkan 11 Agustus 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083