Nanogoud detecteert ziekte in 15 minuten: NasRED leest honderden moleculen in een druppel bloed

ACS Nano beschreef een draagbare diagnostische test genaamd NasRED ( Nanoparticle-Supported, Rapid, Electronic Detection ): deze maakt gebruik van gouden nanodeeltjes en elektro-optische metingen om antigenen en antilichamen tegen infecties te detecteren in zeer lage concentraties – tot op subfemtomolair/attomolair niveau. Testen op COVID-19 toonde een nauwkeurig onderscheid tussen andere infecties, de responstijd was ongeveer 15 minuten en de kosten van de test bedroegen ongeveer $ 2. Volgens de auteurs is de gevoeligheid ongeveer 3000 keer hoger dan ELISA, is er 16 keer minder monster nodig en is het resultaat 30 keer sneller.

Achtergrond

• Waarom PoC-diagnostiek opnieuw en hoe het succes ervan te meten. In de praktijk zijn point-of-care -tests nodig (op locatie, snel, goedkoop) die voldoen aan de criteria van ASSURED/REASSURED: betaalbaar, gevoelig, specifiek, gebruiksvriendelijk, snel/robuust, zonder apparatuur/eenvoudig, geleverd plus realtime connectiviteit en eenvoudige monsterafname. De meeste thuistests dekken nog steeds niet alle punten, met name "S" - gevoeligheid. Vandaar de race naar methoden die een laboratoriumgevoeligheidsniveau bieden zonder laboratorium.
• Waar de klassiekers vastlopen.
  • LAT-strips (antigeentesten) zijn snel en goedkoop, maar de gevoeligheid voor PCR is matig en sterk afhankelijk van de virale lading/duur van de ziekte; zelfs de beste kits halen vaak niet de "laboratorium"-gevoeligheid.
  • ELISA is nauwkeurig, maar vereist reagentia, washers/readers en incubaties (dit zijn uren en een laboratorium); bestaande "verbeterde" versies verlagen de drempels, maar gaan ten koste van de complexiteit van het protocol. Voor veldscreening vormen dit barrières.
• Waarom goudnanodeeltjes? AuNP's zijn de werkpaarden van biosensoren: ze hebben een uitgesproken plasmonische respons (absorptie-/verstrooiingsveranderingen bij aggregatie of wanneer de omgeving verandert), een gunstige oppervlaktechemie voor eiwit-aptameerconjugatie en een goede stabiliteit. Dit maakt het mogelijk om tests te ontwikkelen waarbij de "geanalyseerde molecuul ↔ nanodeeltje"-koppeling wordt omgezet in een optisch/elektronisch signaal zonder complexe optica.
• Elektro-/opto-elektronische uitlezing als stap voorwaarts. De sleutel tot PoC is het vereenvoudigen van detectie: gebruik in plaats van grote spectrofotometers een LED + eenvoudige fotosensor/elektronica en meet de verandering in transparantie/verstrooiing of "bezinking" van gefunctionaliseerde nanodeeltjes bij binding aan het doelwit. Dergelijke schema's bieden een groot dynamisch bereik en een snelle responstijd, terwijl lage detectielimieten behouden blijven. Dit is waar NasRED in beeld komt.
• Waarom is het belangrijk om zowel antigenen als antilichamen te kunnen zien? Bij infecties in verschillende stadia zijn sommige targets informatiever dan andere: antigeen voor een vroege actieve infectie, antilichamen voor het feit van een eerdere/huidige infectie met seroconversie of beoordeling van de immuunrespons. Platformen die modulair 'herkwalificeren' van antigenen naar antilichamen (en terug) schalen sneller op voor nieuwe pathogenen/taken.
• De context van dit specifieke artikel. In een demonstratie over SARS-CoV-2 demonstreerde NasRED de detectie van subfemtomolaire niveaus van antigenen/antilichamen in ongeveer 15 minuten vanuit een microvolume (ongeveer 6 µl) en het nauwkeurig onderscheiden van COVID-19 van andere infecties; het platform zou aanpasbaar zijn aan toxines, tumormarkers, enz. Dit dicht de kloof tussen de "strip" en het lab qua gevoeligheid en snelheid. Het gevolg is de mogelijkheid tot vroege detectie bij een lage prevalentie en in omgevingen met beperkte middelen.
• Maar overgevoeligheid brengt ook risico's met zich mee. Hoe lager de drempelwaarde, hoe hoger de eisen aan zuiverheid, kruisreactiecontrole en vals-positieve resultaten. Daarom vereist elk nieuw 'doelwit' op het platform aparte klinische validaties en stresstests voor matrixeffecten (bloed, speeksel, neuskeelholte) en de stabiliteit van verbruiksartikelen in echte toeleveringsketens.
• Waarom dit een logische richting is voor de evolutie van tests. Het vakgebied heeft al geleerd om picomolaire barrières te "doorbreken" (digitale ELISA, verbeterde LF-formaten), maar vaker ten koste van dure apparatuur/complexe protocollen. AuNP-platforms met eenvoudige elektronische uitlezing proberen ultragevoeligheid te combineren met goedkope hardware - precies wat de ASSURED/REASSURED-criteria vereisen.

Hoe werkt dit

• Goudnanodeeltjes zijn bedekt met herkenningsmoleculen. Om een viraal eiwit te vinden, worden antilichamen gebruikt; om de antilichamen van de patiënt te detecteren, worden virale antigenen gebruikt.
• Deze deeltjes worden toegevoegd aan een klein monster (een druppel bloed/speeksel/neusvocht). Als het monster een doelwit bevat, klonteren de meeste nanodeeltjes aan elkaar en zakken ze naar de bodem van het buisje. Als er geen doelwit is, blijft de suspensie troebel.
• Het apparaat stuurt een led-straal door de vloeistof en een elektronische sensor meet hoeveel licht erdoorheen gaat: meer licht = deeltjes zijn "gevallen", wat betekent dat er een doelwit is. Dit alles zonder omvangrijke optica en ingewikkelde monstervoorbereiding.

Wat werd er precies getoond in het nieuwe werk

• COVID-19: NasRED detecteerde betrouwbaar SARS-CoV-2-antigenen en -antilichamen op niveaus waar standaardmethoden falen, en onderscheidde COVID-19 van andere infecties. In natte tests met hele coronavirusdeeltjes was de gevoeligheid vergelijkbaar met die van Abbott ID NOW (een populaire moleculaire test), maar met een voordeel in snelheid/eenvoud.
• Detectiedrempel: Het team bracht de gevoeligheid naar het attomolair bereik (voorbeeld uit het persbericht: "een druppel inkt in 20 Olympische zwembaden"). De titel van het artikel benadrukt het subfemtomolair niveau.
• Modulariteit: dezelfde ‘lege’ nanoplatformen kunnen snel worden geherprogrammeerd voor andere doelen, van E. coli (Shiga-toxine) tot tumormarkers en Alzheimer-eiwitten; een prototype van deze technologie heeft eerder ebola aangetoond met behulp van kleine hoeveelheden bloed.

Waarom is dit belangrijk?

• Testen op laboratoriumniveau — zonder laboratorium. Een dringende behoefte in de gezondheidszorg is snelle, nauwkeurige en goedkope point-of-care (PoC) testen. NasRED overbrugt de kloof tussen snelle strips en een "zwaar" laboratorium: ~$2 per test, ~15 minuten, minimale apparatuur en training. Dit is cruciaal voor veldomstandigheden en regio's met beperkte middelen.
• Vroege opsporing bij lage prevalentie. Wanneer er weinig gevallen zijn (vroege uitbraken, hiv/HCV-risicogroepen, borreliose), is het niet rendabel om laboratoriumketens op te zetten en worden patiënten simpelweg niet getest. De ultragevoelige PoC-test stelt u in staat om direct naar een speld in een hooiberg te zoeken.

Hoeveel is dit "beter dan standaard"?

De auteurs geven vergelijkingen: ≈3000× gevoeliger dan ELISA, 16× kleiner monstervolume, 30× snellere responstijd; in absolute concentraties, honderden moleculen in submicroliters, "bijna 100.000 keer gevoeliger dan standaard laboratoriumtests" (schatting op basis van institutionele publicatie). Deze cijfers hebben betrekking op benchmarks onder studieomstandigheden en vereisen externe validatie.

Wat is er al duidelijk over de ‘pijnpunten’

• Voor de monsterbereiding zijn op dit moment mini-centrifuges/mixers op tafel nodig; het team werkt aan miniaturisatie en automatisering. Het uiteindelijke doel is een apparaat dat volledig in zakformaat kan worden gebruikt en mogelijk ook een thuistest.
• De genoemde universaliteit (modules voor verschillende ziekten) is op papier uitstekend, maar voor de kliniek zijn aparte klinische onderzoeken nodig voor elk analytisch doelwit (HIV, HCV, borreliose, enz.), waarbij wordt getest op kruisreacties, stabiliteit van reagentia en kwaliteit van de toeleveringsketen.

Waar kan dit heen?

In de nabije toekomst lijkt NasRED een platform: één apparaat + vervangbare sensor-"aansluitstukken" voor de gewenste marker. Als de modulariteit wordt bevestigd, zou deze aanpak de implementatie van tests voor nieuwe uitbraken kunnen versnellen en de PoC-diagnostiek kunnen uitbreiden in klinieken, spoedeisende hulpafdelingen, mobiele punten en zelfs in mobiele teams voor moeilijk bereikbare groepen.

Bron: Choi Y. et al. Nanoparticle-Supported, Rapid, and Electronic Detection of SARS-CoV-2 Antibodies and Antigens at the Subfemtomolar Level. ACS Nano, gepubliceerd op 11 augustus 2025. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083