Ohrožení veřejného zdraví bohužel již není pouze zápletkou pro apokalyptické knihy či hollywoodské filmy. Nemoci, jako jsou Ebola a chřipka, a patogenní hrozby, jako je antrax, jsou reálnými důsledky rostoucí světové populace a její mobility. Vytvoření detekčních metod, které dokáží rychle a spolehlivě diagnostikovat tyto hrozby, má skutečný potenciál pro záchranu lidských životů.
Přijetí velké výzvy a boj s pandemiemi
Čas a přesnost jsou kritickými prvky při pokusech o efektivní detekci patogenů. Proto označila Národní technická akademie pokrok v informatice ve zdravotnictví jako jednu z největších technických výzev pro 21. století. Hlavní motivací pro tuto velkou výzvu je zlepšení přípravy a reakce na ohrožení veřejného zdraví v podobě pandemií a chemických a biologických zbraní.
Rekordní rychlost pro záchranu životů
Dnešní technologie pro detekci patogenů vyžadují nezanedbatelné množství času a nákladného laboratorního vybavení k dosažení přesných a spolehlivých výsledků při testování. Když jde o prevenci prudkého šíření životu nebezpečných patogenů, jako jsou Ebola či antrax, záleží na každé minutě.
Proto společnost Elvesys vyvinula Fastgene, nejrychlejší technologii na světě pro detekci jakéhokoliv patogenního agentu z kapky krve či slin. S pomocí technologie Fastgene mohou zdravotníci detekovat Ebolu za šest minut a antrax za sedm minut. To je o 7 resp. 14 minut rychleji ve srovnání s nejlepšími současnými technologiemi. Pacienti tak získají více času na léčbu a dochází k minimalizaci další expozice, která by mohla vést k epidemii.
Obrázek 1. Technologie Fastgene pro detekci patogenů
Technologie
Technologie Fastgene je založena na mikrofluidních technologiích společnosti Elvesys. Mikrofluidní technologie má svůj původ v mikroelektronice, která umožňuje přesné řízení kapalných vzorků. Díky drastickému zmenšení potřebného vzorku na kapku krve či slin lze s pomocí jednoho čipu typu „lab-on-a-chip“ provádět několik diagnostických operací. Technologie pro detekci patogenů od Elvesys dokáže rychle rozmnožit specifické části DNA a zvýšit tak počet kopií přítomných ve vzorku. Díky tomu je detekce patogenů mnohem snazší.
Jsou tři klíčové komponenty, díky kterým je tato mikrofluidní platforma tak úspěšná: systém pro správu mikrofluidních vzorků, systém pro detekci a měření fluorescentních markerů a softwarové rozhraní pro pro řízení celého procesu. Při rozmnožování DNA se určuje celkové množství patogenů přítomných ve vzorku pomocí detekce fluorescentního bodu v každém duplikátu DNA.
Vzhledem k vysoké rychlosti rozmnožování DNA je zcela zásadní, aby systém pro detekci fluorescentních markerů dokázal udržet tempo, aniž by došlo ke snížení přesnosti. Pro tento účel společnost Elvesys vytvořila a uvedla na trh vlastní fluorescentní čtečku pod značkou Elveflow, která využívá nenákladné multifunkční zařízení pro sběr dat NI USB-6003. Celá komplexní laboratorní procedura vyžaduje hardware se softwarovou integrací s vzorkovací rychlostí 100 kHz a schopností detekovat malé variace DNA na pozadí silného šumu, s rozlišením 16 bitů pro zajištění přesného počtu vzorků DNA.
Obrázek 2. Společnost Elvesys zvolila hardware NI DAQ kvůli jeho přesnosti, rychlosti měření a ceně.
Společnost Elvesys použila software LabVIEW, který zahrnuje přes 950 vestavěných analytických funkcí, pro optimalizaci přesnosti a rychlosti a minimalizaci času potřebného pro vývoj. Navzdory komplexitě spojené s automatizací fluorescentní čtečky, detekcí DNA a analýzou dat, vytvořila společnost Elvesys uživatelské rozhraní v LabVIEW, aby se přístroj snadno používal.
Obrázek 3. Hladká integrace hardwaru NI DAQ s LabVIEW pro řízení systému Fastgene značně zkrátila čas potřebný pro vývoj.
Zkrácení vývoje s LabVIEW a NI DAQ
S malým týmem 20 lidí uvedla společnost Elvesys na trh, v podobě zařízení Elveflow, technologie použité pro vývoj systému Fastgene pro detekci patogenů. Protože se společnost řadí mezi inovativní startupy se zrychlenými vývojovými cykly a žádnou externí finanční investicí, představoval plně přizpůsobitelný DAQ hardware, který lze programovat ve vysokoúrovňovém vývojovém prostředí, zásadní prvek pro úspěch tohoto i jiných přístrojů Elveflow.
Celý návrh, vývoj a stavba prototypu kompletní platformy pro detekci patogenů trval společnosti Elvesys méně, než dva roky, což přitáhlo pozornost francouzské státní agentury pro veřejné nákupy (SAE). Agentura si u společnosti Elvesys objednala vývoj dalšího prototypu, který by bylo možné použít pro francouzské vojenské jednotky nasazené v poli. Ačkoliv tento prototyp může pomoci s ochranou vojáků či měst, jeho hlavní aplikační oblastí zůstává rychlá a levná diagnostika pacientů při lékařských konzultacích.
Použití špičkových mikrofluidních technologií a spolehlivého měřicího systému od NI společnosti Elvesys také zajistil získání ceny Worldwide Innovation Challenge od francouzské vlády.
Obrázek 4. Elveflow je nyní světovým lídrem ve vědecké instrumentaci pro mikrofluidní systémy.
