A világ leggyorsabb kórokozó-felismerő rendszere

A nagy feladatot egy kis vállalkozás – az Elvesys – oldotta meg

„Igen pontos, precíz és gyors adatgyűjtési képességre van szükségünk. Fejlesztésünk korai szakaszában az NI termékeire támaszkodtunk, és a gyártó kedvező árainak köszönhetően az értékesített végtermékekben is meg tudtuk tartani ezeket a paneleket. A fejlesztési költségek mérséklése szempontjából ez hihetetlen előnyöket jelent” – Dr. Maël Le Berre, műszaki vezérigazgató és társalapító, Elvesys.

A feladat

A közegészségügy válságos helyzete sajnos már nem csupán az apokaliptikus regényekben vagy a hollywoodi katasztrófafilmekben jelenik meg. Az ebolához és az influenzához hasonló járványok vagy az olyan jellegű fertőzések, mint a lépfene (anthrax) a világnépesség növekedésének és mobilizálódásának egyenes következményei. E betegségek gyors és megbízható diagnosztizálására alkalmas detektálási eljárások kidolgozása ténylegesen életmentő erejű.

A megoldás

Az Elvesys, egy kórokozó-felismerés területére szakosodott induló francia kisvállalkozás a National Instruments (NI) adatgyűjtő egységei és a LabVIEW-szoftver segítségével alkotta meg a világ első olyan kórokozó-detektáló rendszerét, amellyel a fertőző betegségek olcsón és gyorsan diagnosztizálhatók.

Óriási kihívás a nagy kiterjedésű járványok elleni küzdelem

A kórokozók hatékony felismerése terén kritikus jelentőségű a gyorsaság és a pontosság. A francia Nemzeti Mérnöki Akadémia ezért az egészségügyi informatika fejlődésének elősegítését tartja a XXI. század egyik kiemelt mérnöki feladatának. E nagyszabású terv mögötti elsődleges célkitűzés a közegészségügyi vészhelyzetekkel – országos járványokkal, vegyi vagy biológiai támadásokkal – kapcsolatos felkészültség és a válaszreakciók javítása.

Az idő: élet

Napjaink kórokozó-detektáló eljárásai meglehetősen hosszú időt vesznek igénybe, a pontos, megbízható eredményekhez pedig költséges laborberendezések szükségesek. Életveszélyes járványok – például lépfene vagy ebola – kitörésének megelőzése során percek is sokat számítanak.

Az Elvesys-megoldás

Az említettek miatt fejlesztette ki az Elvesys a Fastgene nevű eljárást, amellyel a világon a leggyorsabban mutatható ki bármilyen kórokozó egy csepp vérből vagy nyálból. A Fastgene segítségével az ebola hat, a lépfene pedig hét perc alatt detektálható, ami 7-szer, illetve 14-szer gyorsabb eredményközlést jelent, mint az eddigi legjobb módszerek. Mindezek következtében gyorsabban elkezdhető a betegek kezelése, és minimalizálható a kórokozók járványokhoz vezető továbbterjedése.

A technológia

A Fastgene-eljárás az Elvesys által kifejlesztett mikrofluidikai technológián alapul. A mikrofluidika folyadékminták precíziós mikroelektronikai eszközökkel történő kezelésével foglalkozó tudományág. A mintamennyiség drasztikus – egy csepp nyál vagy vér térfogatára – csökkentésével lehetővé válik, hogy többféle diagnosztikai műveletet egyetlen, ún. „csipen kialakított labor” („lab-on-a-chip”) segítségével végezzünk el. A Fastgene „csipen kialakított labor”-alapú kórfelismerő eljárásával a mintában talált DNS gyorsan megsokszorozható, megnövelve ily módon a mintában előforduló elemek számát. Ennek köszönhetően a kórokozók lényegesen könnyebben mutathatók ki.
A mikrofluidikai elrendezés három rendszertechnikai blokknak köszönheti a sikerét: egy mikrofluidikai mintakezelő alrendszernek, egy fluoreszcens jelölésen alapuló detektáló- és mérő alrendszernek, valamint a teljes folyamatot irányító szoftveres felületnek. A DNS-sokszorozás során a mintában előforduló kórokozók teljes mennyiségét a duplázódott DNS-ekben megjelenő fluoreszcens pont érzékelésével határozza meg a rendszer.
A DNS-sokszorozódás gyors lefolyása következtében kritikus jelentőségű, hogy a fluoreszcens érzékelő rendszer a pontosság csökkenése nélkül legyen képes követni a folyamatokat. E célból az Elvesys „Elveflow” márkanéven, az NI USB-6003 típusú, kedvező árú, többfunkciós DAQ-eszközének felhasználásával kifejlesztett és forgalomba hozott egy egyedi fluoreszcens olvasót. Egy összetett laborfolyamat miniatürizálásához olyan szoftverrel összeintegrált áramkört kellett megvalósítani, amely 100 kHz-es mintavételezési sebességgel működik, DNS-ek kismértékű megváltozását nagy háttérzej mellett is képes érzékelni, és a DNS-ek számának pontos meghatározása érdekében 16 bites felbontással rendelkezik.
Az Elvesys a LabVIEW-programcsomag és annak több, mint 950 beépített elemző funkciója segítségével optimalizálta a pontosságot és a mérési sebességet a fejlesztési idő minimalizálásával. A fluoreszcens olvasó automatizálására – a DNS-érzékelés és az adatok elemzésének összetettsége ellenére – az Elvesys LabVIEW-alapú felhasználói kezelőfelületet hozott létre a rendszer helytől független, könnyű kezelhetősége érdekében.

A fejlesztési idő lerövidítése a LabVIEW és az NI DAQ-modul segítségével

Egy 20 főből álló kis csapat munkájának köszönhetően az Elvesys (Elveflow márkanéven) piacra dobta a Fastgene kórokozó-érzékelő rendszerének kifejlesztése során alkalmazott technológiákat. Külső befektetői háttérrel nem rendelkező, gyors fejlesztési ciklusokkal működő, erősen fejlesztésorientált, kezdő vállalkozásként nélkülözhetetlen volt – az itt ismertetett és a további, az Elveflow-megoldáson alapuló berendezések sikeres megépítéséhez – egy teljes mértékben testreszabható, magas szintű fejlesztőkörnyezet segítségével programozható DAQ-modul.
Külön kiemelendő, hogy az Elvesys kevesebb, mint két év alatt tervezte meg, fejlesztette ki és építette meg a teljes kórokozó-érzékelő rendszerének prototípusát, amely iránt élénk érdeklődést mutatott a Francia Állami Beszerzési Hivatal (SAE). A SAE további megbízást adott az Elvesys számára egy másik, francia katonai bevetéseken rendszeresíthető prototípus kifejlesztésére. Míg ez utóbbi eszközök katonák vagy városok védelmében játszhatnak szerepet, a fő alkalmazási területe továbbra is betegek orvosi vizsgálata során történő, gyors, olcsó diagnosztizálása marad.
Az élvonalbeli mikrofluidikai technika kidolgozásáért és az NI megbízható mérőrendszerének alkalmazásáért az Evelsys-nek ítélték a francia kormány Világméretű Innovációs Díját.

(A fotók az Elvesys tulajdonát képezik.)

Dr. Maël Le Berre műszaki vezérigazgató és társalapító,
Dr. Guilhem Velvé Casquillas vezérigazgató és társalapító – Elvesys

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest, Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://hungary.ni.com
Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704
Technikai kérdések: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

Még több National Instruments