Bài kiểm tra hơi thở nhanh COVID-19 sử dụng vật thể nano có nguồn gốc từ lạc đà mang lại kết quả sau chưa đầy một phút. Các nhà khoa học tại Đại học Washington ở St. Louis đã phát triển một phương pháp xét nghiệm hơi thở có thể nhanh chóng xác định những người bị nhiễm vi rút gây bệnh COVID-19. Thiết bị chỉ cần một hoặc hai hơi thở và cho kết quả trong vòng chưa đầy một phút.


Tiến sĩ Benjamin Sumlin, nhà khoa học cấp cao tại Đại học Washington ở St. Louis, thổi vào một thiết bị do các nhà nghiên cứu tại trường thiết kế. Thiết bị này là máy kiểm tra hơi thở sử dụng cảm biến sinh học, có thể được sử dụng như một công cụ trong phòng khám của bác sĩ để chẩn đoán nhanh bệnh nhân bị nhiễm virus Covid-19. Nguồn hình ảnh: Phòng thí nghiệm Chakrabarty/Đại học Washington

Nghiên cứu đã được công bố trực tuyến trên tạp chí ACS Sensors. Cũng chính nhóm nhà nghiên cứu này gần đây đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature Communications mô tả một thiết bị theo dõi không khí mà họ chế tạo có thể phát hiện SARS-CoV-2, loại vi rút gây ra COVID-19, trong không khí ở bệnh viện, trường học và những nơi công cộng khác trong khoảng năm phút.

Nghiên cứu mới nói về xét nghiệm hơi thở có thể trở thành một công cụ được sử dụng trong phòng khám của bác sĩ để chẩn đoán nhanh những người bị nhiễm vi-rút. Thiết bị như vậy cũng có thể được sử dụng để sàng lọc mọi người tại các sự kiện công cộng nếu xuất hiện các chủng mới của Covid-19 hoặc các bệnh gây bệnh trong không khí khác. Các nhà nghiên cứu cho biết việc kiểm tra hơi thở cũng có khả năng giúp ngăn chặn dịch bệnh bùng phát trong những tình huống có nhiều người sống hoặc tiếp xúc gần nhau, chẳng hạn như trên tàu, viện dưỡng lão, ký túc xá đại học hoặc căn cứ quân sự.

Đồng tác giả Tiến sĩ Rajan K. Chakrabarty, Phó Giáo sư Kỹ thuật Năng lượng, Môi trường và Hóa học Harold D-Joly tại Trường Kỹ thuật McElwee, cho biết: "Sử dụng phương pháp phát hiện này không cần ngoáy mũi và không cần đợi 15 phút để có kết quả như xét nghiệm tại nhà. Mọi người chỉ cần thổi vào ống trong thiết bị và cảm biến sinh học điện hóa có thể phát hiện ra sự hiện diện của virus. Kết quả có thể có được trong khoảng một phút."

Cảm biến sinh học được sử dụng trong thiết bị được điều chỉnh từ công nghệ liên quan đến bệnh Alzheimer do các nhà khoa học tại Trường Y thuộc Đại học Washington ở St. Louis phát triển để phát hiện amyloid beta và các protein khác liên quan đến bệnh Alzheimer trong não chuột. John R. Cirrito, Tiến sĩ, giáo sư thần kinh học tại Trường Y, và Tiến sĩ Carla M. Yuede, phó giáo sư tâm thần học và đồng tác giả của nghiên cứu, đã sử dụng nanobody, một loại kháng thể có nguồn gốc từ lạc đà không bướu, để phát hiện vi rút gây ra COVID-19.

Chakrabarty và Cirrito cho biết xét nghiệm hơi thở cũng có thể được sửa đổi để phát hiện các loại vi-rút khác, bao gồm cả vi-rút cúm và vi-rút hợp bào hô hấp (RSV). Họ cũng tin rằng họ có thể phát triển máy dò sinh học trong vòng hai tuần sau khi nhận được mẫu của bất kỳ mầm bệnh mới nổi nào.

Cirrito cho biết: "Điều này hơi giống một bài kiểm tra máy đo hơi thở dành cho những người lái xe bị suy nhược. Ví dụ: nếu mọi người đang xếp hàng để vào bệnh viện, sân vận động thể thao hoặc phòng tình huống của Nhà Trắng, thì việc kiểm tra ngoáy mũi kéo dài 15 phút là không thực tế và xét nghiệm PCR sẽ mất nhiều thời gian hơn. Ngoài ra, các xét nghiệm tại nhà có độ chính xác khoảng 60% đến 70% và sẽ tạo ra một số lượng lớn kết quả âm tính giả. Điều này thiết bị sẽ có độ chính xác chẩn đoán."

Lịch sử nghiên cứu và phát triển

Các nhà nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu một thiết bị kiểm tra hơi thở được chế tạo bằng máy in 3D vào tháng 8 năm 2020, trong năm đầu tiên của đại dịch, sau khi nhận được tài trợ từ Viện Y tế Quốc gia (NIH). Sau khi nhận được tài trợ, họ đã thử nghiệm nguyên mẫu trong phòng thí nghiệm và tại Đơn vị Nghiên cứu Lâm sàng Bệnh Truyền nhiễm của Đại học Washington. Nhóm nghiên cứu cũng đang tiếp tục thử nghiệm thiết bị này để nâng cao hơn nữa hiệu quả của nó trong việc phát hiện virus ở người.

Đối với nghiên cứu, nhóm đã thử nghiệm những người dương tính với COVID, mỗi người thở ra vào thiết bị hai, bốn hoặc tám lần. Bài kiểm tra hơi thở không tạo ra kết quả âm tính giả và kết quả chính xác thu được sau khi mỗi đối tượng thở hai lần. Các nghiên cứu lâm sàng đang được tiến hành và sẽ kiểm tra những người dương tính và âm tính với COVID để kiểm tra thêm và tối ưu hóa thiết bị.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng xét nghiệm hơi thở đã phát hiện thành công một số chủng SARS-CoV-2 khác nhau, bao gồm cả chủng ban đầu và biến thể omicron, đồng thời nghiên cứu lâm sàng của họ đang đo các chủng hoạt động ở khu vực St. Louis.

Để thực hiện kiểm tra hơi thở, các nhà nghiên cứu nhét ống hút vào thiết bị. Bệnh nhân thổi vào ống hút và khí dung từ hơi thở sẽ tích tụ trên các cảm biến sinh học bên trong thiết bị. Sau đó, thiết bị này được cắm vào một chiếc máy nhỏ, máy sẽ đọc tín hiệu từ cảm biến sinh học và trong vòng chưa đầy một phút, máy sẽ hiển thị kết quả dương tính hoặc âm tính với Covid-19.

Các nghiên cứu lâm sàng đang tiếp tục và các nhà nghiên cứu sẽ sớm lên kế hoạch sử dụng thiết bị này tại các phòng khám bên ngoài Đơn vị Nghiên cứu Lâm sàng Bệnh Truyền nhiễm của UW. Ngoài ra, Y2X Life Sciences có trụ sở tại New York có quyền cấp phép độc quyền đối với công nghệ này. Công ty đã tham khảo ý kiến ​​của nhóm nghiên cứu ngay từ khi bắt đầu dự án và tạo điều kiện thuận lợi cho giai đoạn thiết kế thiết bị để có thể thương mại hóa thiết bị trong tương lai.