آیا تست ایدز با گوشی موبایل واقعیت دارد؟

ما در جهانی زندگی می‌کنیم که تنها با چندبار لمس گوشی هوشمند خود می‌توانیم تاکسی بگیریم، غذا سفارش دهیم، تجربیات زندگی روزمره‌مان را به اشتراک گذاریم و حتی شریک زندگی‌مان را بیابیم! پس دیگر باورش نباید سخت باشد که در آینده‌ای نزدیک، همین ابزار کوچک تحول‌آفرین بتواند جان میلیون‌ها انسان را نجات دهد. تصور کنید در گوشه‌ای از یک منطقه‌‌ی دورافتاده، یک فرد بتواند با گوشی موبایل خود در چند دقیقه پی ببرد که مبتلا به ویروس HIV شده است یا نه؛ بدون نیاز مراجعه به پزشک متخصص، آزمایشگاه پیشرفته، صف انتظار و حتی ترس از قضاوت دیگران. این دیگر یک رؤیای دست نیافتنی یا سناریوی فیلم‌های علمی‌/تخیلی نیست و تکنولوژی در حال بازنویسی تعاریف ما از واژه‌ی سلامت می‌باشد. یکی از جالب‌ترین مثال‌های اخیر این مطلب را باید امکان تشخیص ایدز با گوشی موبایل در منزل و بدون نیاز به نسخه‌ی دکتر و حضور در آزمایشگاه دانست. ایدز در دهه‌ی ۸۰ میلادی به‌عنوان یکی از ترسناک‌ترین و کشنده‌ترین بیماری‌ها ظهور پیدا کرد که ناشناخته بودن ساختارش برای پزشکان در آن زمان، راه را برای کشف درمان یا کنترل آن دشوار کرده بود. طی سالیان اخیر با پیشرفت‌های چشمگیر علم پزشکی، این بیماری کاملا قابل کنترل شده است؛ اما همچنان یکی از اصلی‌ترین چالش‌ها در مسیر مقابله با ایدز، شناسایی به‌موقع و سریع افراد مبتلا به آن می‌باشد. در اینجاست که با خلاقیت محققین، کسانی که نگران آلوده شدن به این ویروس هستند به زودی خواهند توانست با استفاده از گوشی هوشمندشان و یک قطره‌ خون به راحتی از این مسئله آگاه شوند. این دستاورد علمی می‌تواند انقلابی در قدرت آگاهی و پیشگیری افراد رقم بزند تا مواردی چون ترس، محدودیت‌های دسترسی و انگ‌های اجتماعی برایشان رنگ ببازند. اگر کنجکاو هستید که بیشتر درباره‌ی این روش بدانید و ببینید که چطور ممکن است با استفاده از تکنولوژی مرز بین بیماری و درمان کمرنگ شود، کافیست در ادامه‌ی مقاله ما را همراهی نمایید.

روآندا؛ اولین گام در توسعه‌ی تست ایدز با گوشی موبایل

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در کشورهای در حال توسعه را باید محدودیت منابع پزشکی و امکانات آزمایشگاهی دانست؛ بسیاری از این کشورها با معضلاتی همچون کمبود تجهیزات پیشرفته‌ی پزشکی، نبود نیروی انسانی متخصص و محدودیت دسترسی به داروها و درمان‌های پایه مواجه‌ هستند. در چنین شرایطی تشخیص به موقع بیماری‌های واگیرداری همچون ایدز، سل و مالاریا، می‌تواند جان هزاران انسان را نجات دهد. دکتر ساموئل کی.سیا (Samuel K.Sia) استاد مهندسی زیست‌پزشکی دانشگاه کلمبیا علاوه بر تحقیقاتش در زمینه‌های مهندسی پزشکی(به ویژه در حوزه توسعه دستگاه‌های تشخیصی) ، فعالیت‌های زیادی در خصوص ارتقاء سلامت عمومی و تشخیص بیماری‌های کشورهای در حال توسعه انجام داده است. در اوایل دهه‌ی ۲۰۱۰ او و تیم تحقیقاتی‌اش با حمایت مالی از سوی بنیاد بیل و ملیندا گیتس و سازمان‌های غیردولتی وارد کشور روآندا شدند؛ کشوری در شرق آفریقا که علیرغم پیشرفت‌های اجتماعی پس از نسل‌کشی عظیم سال ۱۹۹۴، همچنان با نرخ بالای ابتلا به ویروس HIV و کمبود زیرساخت‌های آزمایشگاهی دست‌و‌پنجه نرم می‌کرد. این کشور برای دکتر سیا تبدیل به سکوی پرتابی شد تا بتواند فناوری‌هایی نوین جهت تحول وضع سلامت عمومی بدون اتکا به زیرساخت‌های پیشرفته را بیازماید.

نبود تجهیزات مورد نیاز برای تشخیص سریع ایدز و سفیلیس در زنان باردار و خطر انتقال بیماری به جنین، جرقه‌ی یک ایده‌ی جالب را در ذهن دکتر سیا و تیمش زد تا به فکر تولید یک کیت تشخیص آزمایشگاهی در مقیاس تراشه‌ای کوچک بیفتند( Lab-On-a-Chip یا به اختصار LOC)؛ وسیله‌ای بدون نیاز به برق یا زیرساخت آزمایشگاهی برای دسترسی عموم جامعه. این تراشه‌ها معمولاً در ابعاد میکرو یا نانو ساخته می‌شوند و شامل انواع مختلفی از میکروفلوئیدیک‌ها (مایعات و گازهایی که در مقیاس میکرو جریان دارند)، حسگرها، مواد شیمیایی و سیستم‌های الکترونیکی هستند. در نگاه کلی یک LOC می‌تواند اموری همچون تجزیه و تحلیل خون، شناسایی مواد شیمیایی، تشخیص بیماری‌ها و حتی آزمایشات ژنتیکی را در مقیاس میکروسکوپی انجام دهد. دکتر سیا و تیم متخصصش در سال ۲۰۱۵ آزمایشی به نام "Tackling HIV and other diseases in Rwanda" را با هدف توسعه‌ی یک LOC تشخیص خانگی HIV آغاز کردند. این محصول می‌توانست با استفاده از یک قطره از خون فرد مشکوک و یک گوشی موبایل، ایدز را در مدت ۱۵ دقیقه تشخیص دهد؛ نکته‌ی جالب اینکه حتی افراد نا‌‌آشنا به اصطلاحات پزشکی هم می‌توانستند به راحتی نتیجه‌ی آزمایش را بدون نیاز به تفسیر و با اتکا به اپلیکیشن نصب شده روی گوشی، متوجه شوند. دستگاه در مطالعه‌ای میدانی روی ۹۶ زن در رواندا مورد آزمایش قرار گرفت و نتایج آن در مجله Science Translational Medicine منتشر شد؛ مشارکت‌کنندگان که عمدتاً مادران باردار بودند،از سهولت استفاده،سرعت دریافت نتیجه و عدم نیاز به مراجعه به مراکز درمانی استقبال زیادی کردند. نتایج حاصل از این پژوهش نهایتا در مجله Science Translational Medicine منتشر گردید.

مهم‌ترین مزیت‌های این LOC را باید این موارد دانست:

• ابعاد کوچک و قابل‌حمل بودن (در کف دست جای می‌گیرد)
• کم هزینه بودن نسبت به تست های تشخیصی رایج (حدود ۳۴ دلار در آن زمان برای ساخت هر واحد)
• استفاده از Audio Jack یا جک صوتی گوشی موبایل جهت تامین انرژی فعالسازی حسگرها و انتقال داده‌ها از طریق پالس‌های صوتی گوشی 
• استفاده از فناوری میکروفلوئیدیک (microfluidics) برای مدیریت سیالات زیستی
• تحلیل و نمایش نتایج روی اپلیکیشن موبایل ظرف تنها ۱۵ دقیقه
• حساسیت ۹۲ الی ۱۰۰ درصدی دستگاه جهت تشخیص HIV
•  بیش از ۹۰ درصد اختصاصی بودن تست صورت پذیرفته
• راحتی کار با دستگاه برای همگان
• الهام‌بخش نسل جدیدی از تجهیزات "point-of-care diagnostics" شد که بعداً در دوران پاندمی کووید-۱۹ نیز به‌کار گرفته شدند

نحوه عملکرد تست ایدز با گوشی موبایل

اکنون بد نیست نگاهی داشته باشیم به نحوه‌ی کارکرد دستگاه ساخته شده توسط دکتر سیا که به ۵ مرحله‌ی اصلی تقسیم می‌شود:

۱: نمونه‌گیری

• کاربر با کمک یک سوزن لانست استریل (موجود در بسته‌بندی دستگاه) انگشت خود را سوراخ می‌کند
• یک قطره خون روی محل مشخص‌شده در دستگاه قرار می‌گیرد

 ۲: انتقال خودکار خون از طریق کانال‌های میکروفلوئیدیک

• خون وارد کانال‌های بسیار ریز تراشه‌ می‌شود تا مقدار مشخصی از آن را به نواحی واکنش منتقل نماید
• خون با محلول‌های واکنشگر (reagents) ترکیب می‌شود

 ۳: واکنش‌های شیمیایی و بیوشیمیایی

• دستگاه برای تشخیص آنتی‌بادی‌های HIV و سیفلیس از یک واکنش الکتروشیمیایی اختصاصی بهره می‌برد
• آنتی‌ژن‌های خاص در سطح تراشه به آنتی‌بادی‌های احتمالی موجود در خون متصل می‌شوند
• در نتیجه‌ی این اتصال، واکنش‌هایی رخ می‌دهد که منجر به تولید سیگنال‌های الکتریکی قابل شناسایی می‌گردد

 ۴: پردازش و ارسال داده به گوشی

• سیگنال‌های الکتریکی تولیدشده به‌وسیله مدارهای داخلی دستگاه، تحلیل و تبدیل به داده دیجیتال می‌شوند
• این داده‌ها از طریق جک صوتی (یا کابل USB در نسخه‌های جدیدتر) به اپلیکیشن مخصوص گوشی منتقل می‌شود

 ۵: نمایش نتیجه روی صفحه نمایش

• اپلیکیشن مربوطه، اطلاعات دریافتی را تحلیل کرده و نتیجه‌ی نهایی را به شکل واضح (مثبت/منفی برای HIV و سیفلیس) نمایش می‌دهد
• نتیجه می‌تواند در حافظه گوشی ذخیره یا به صورت رمزگذاری‌شده برای مراکز سلامت ارسال شود

بیشتر بخوانید:

سلبریتی‌ها از چه موبایل‌هایی استفاده می‌کنند؟

شکست غیرمنتظره؛ چرا پروژه‌ی دکتر سیا به تولید انبوه نرسید؟

اشتباه نخوانده‌اید؛ این پروژه‌ی موفق و کاربردی که می‌توانست جان جمع کثیری از انسان‌ها را نجات دهد، هیچ‌گاه رنگ تولید انبوه را به روی خود ندید. با وجود تمام موفقیت‌ها و وجود نتایج بالینی ذکر شده اما دکتر سیا تصور نمی‌کرد که برای حضور در بازار جهانی فقط نوآوری و دغدغه‌های بشردوستانه کافی نیستند؛ عرض اندام در بازار جهانی نیازمند عبور از موانع قانونی و حتی مسائل پشت‌پرده‌ی فراوانی‌ست که بسیاری از محققین قواعدش را بلد نیستند. در ادامه چند مورد از مهم‌ترین موانع تولید انبوه این دستگاه را برایتان شرح خواهیم داد.

•  چالش‌های اخذ مجوز و تأییدیه‌های قانونی 

از جمله مهم‌ترین موانع تولید انبوه ابزارهای پزشکی و تشخیصی، کسب تأییدیه از نهادهای نظارتی چون سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) یا سازمان‌های مشابه در سایر کشورهاست. برای این منظور باید آزمایشات بالینی گسترده‌ای در کشورهای مختلف با جمعیت‌های مورد آزمایش متنوع صورت پذیرند؛ در صورتی که عملکرد اولیه مناسب تشخیص داده شود عواملی چون سازگاری با شرایط محیطی، پایداری حین حمل‌ونقل، دوام، خطاهای انسانی در استفاده، آموزش کاربر نهایی و ده‌ها عامل دیگر نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند.

•  عدم وجود زیرساخت‌های حمایتی در کشورهای هدف

هدف این دستگاه، مورد استفاده قرار گرفتن در کشورهای کم‌برخوردار و با سطح بهداشت پایین مثل روآندا بود. اما استفاده‌ی مؤثر از این دستگاه نیازمند آماده بودن زیرساخت‌های بهداشت عمومی و فعالسازی سیستم‌های درمانی جهت پاسخگویی سریع پس از تشخیص است. ضمن اینکه برای تولید انبوه این دستگاه احتیاج به  تعداد بالایی از گوشی‌های هوشمند می‌باشد که امری هزینه‌بر بحساب می‌آید. مهم ترین مسئله اما این است که در چنین مناطقی حتی اگر تشخیص ابتلا صورت پذیرد، گام‌های بعدی که شامل درمان، مشاوره، مراقبت و ... هستند، وجود ندارند؛ مجموع این مطالب موجب می‌شوند تا استفاده از دستگاه از نگاه سیاست‌گذاران بهداشت عمومی ناقص و انجام نشدنی بنظر برسد.

• چالش‌های سرمایه‌گذاری و مدل اقتصادی

با اینکه این دستگاه تنها ۳۴ دلار قیمت داشت اما سرمایه‌گذاران معمولاً دنبال محصولاتی با بازار مصرفی بزرگ و تکرارشونده هستند؛ از طرفی چون این دستگاه بیشتر برای سازمان‌های بین‌المللی، NGOها و دولت‌ها طراحی شده بود (نه مصرف‌کننده‌ی خاص در کشورهای ثروتمند) یافتن مدل مالی پایدار برای ان دشوار بود. در نتیجه بدون حمایت مالی دولتی یا بین‌المللی، سرمایه‌گذاران خصوصی ریسک ورود به چنین پروژه‌ای را نمی‌پذیرند.

• پیشرفت سایر روش‌های تشخیصی

از  سال ۲۰۱۵ میلادی تا امروز شاهد چندین فناوری جدید در زمینه‌ی تشخیص ایدز بودیم : توسعه‌ی تست‌های سریع آنتی‌بادی ارزان‌قیمت که نیازی به گوشی موبایل یا اپلیکیشنی خاص نداشتن، توسعه‌ی تست‌های مبتنی بر کیت‌های کاغذی (مثل lateral flow assays) که کاربری بسیار ساده‌تری دارند و نهایتا جایگزینی خود‌آزمایی (Self-testing) با کیت‌های معمولی HIV بجای دستگاه‌های الکترونیکی. ظهور این روش‌ها موجب شد تا سرمایه‌گذاران چنین روندهای ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر را به پروژه‌ی دکتر سیا ترجیح دهند.

•  عدم ادامه‌ی تجاری‌سازی و تمرکززدایی از پروژه

پروژه‌ی دکتر سیا بعد از انتشار مقاله اگرچه توجه جهانی زیادی را جلب کرد اما به مرحله‌ی راه‌اندازی استارتاپ یا تجاری‌سازی صنعتی پایدار نرسید؛ دلیل اصلی این مطلب را باید ناامیدی دکتر سیا از اخذ مجوزها و سرمایه‌ی لازم برای پروژه دانست و از طرفی او و تیمش چندی بعد تمرکز خود را روی پروژه‌های دیگری مثل تشخیص سرطان معطوف نمودند.

با تمام این تفاسیر و عدم تولید انبوه این اختراع انقلابی اما میراث آن در شکل‌گیری نسل جدیدی از فناوری‌های سلامت دیجیتال باقی مانده است؛ این تجربه الهام‌بخش توسعه‌ی ابزارهای مشابه برای تشخیص مالاریا، کرونا، و بیماری‌های مقاربتی شد و نشان داد که مفهوم آزمایشگاه در جیب امکان‌پذیر است. بد نیست بدانید که دکتر سیا همچنان مشغول تحقیق روی پروژه‌های مرتبط با سلامت جهانی است و معتقد است که ترکیب هوش مصنوعی، تشخیص نقطه‌ای (point-of-care diagnostics)، و فناوری گوشی موبایل هوشمند می‌تواند آینده‌ی سلامت عمومی را دگرگون کند.

چشم‌انداز روشن؛ تلاش‌های جدید در توسعه‌ی دستگاه قابل‌حمل تشخیص ایدز

در سال ۲۰۲۴ دو گروه از محققین توانستند دو روش تشخیصی سریع و با دقت بالا را ابداع کنند که امید است تا ۵ سال آینده با پشت سر گذاشتن مراحل تأیید FDA و حل چالش‌های مربوط به توزیع و آموزش کاربران، در دسترس عموم قرار گیرند. این دو روش عبارتند از :

•  دستگاه تشخیص HIV بر پایه‌ی RT-LAMP و فناوری بلادرنگ:

این دستگاه یک سیستم قابل‌حمل و کم‌هزینه است که با استفاده از روش RT-LAMP (Reverse Transcription Loop-mediated Isothermal Amplification) قادر به تکثیر مواد ژنتیکی ویروس HIV در دمای ثابت می‌باشد. نیازی به ترموسایکلر گران‌قیمت ندارد. این دستگاه روی یک چیپ ساده قابل نصب است و قابلیت تشخیص ابتلا در کمتر از ۳۰ دقیقه را دارد. از سایر مزایای این دستگاه می‌توان به امکان اتصالش به گوشی موبایل برای نمایش نتیجه و دقت بالایش حتی در صورت پایین بودن میزان ویروس اشاره نمود. از این دستگاه می توان در مناطق فاقد زیرساخت‌ پیشرفته‌ی پزشکی جهت غربالگری سریع ایدز در کلینیک‌های سیار، استفاده نمود.

• تشخیص RNA ویروس HIV با استفاده از فناوری CRISPR دیجیتال

یک پلتفرم تشخیصی دیجیتال بر پایه‌ی فناوری CRISPR-Cas13a می‌باشد که می‌تواند RNA ویروس HIV را در کمتر از ۱۵ دقیقه و با دقت بالا شناسایی کند. این پلتفرم می‌تواند تا ۷۵ نسخه از RNA ویروس را تشخیص دهد که به حساسیت بالایش منتج شده است. نحوه‌ی عملکرد آن بدین صورت است که ابتدا RNA ویروسی از نمونه بزاق یا خون استخراج شده و با آنزیم Cas13a و crRNA ترکیب می گردد؛ در صورت وجود RNA ویروسی، Cas13a فعال شده و سیگنال فلورسانس تولید می‌کند که سنجش و تحلیلش توسط حسگر نوری دستگاه انجام می‌شود. در نهایت هم می‌توان نتیجه‌ی تست را در اپلیکیشن مشاهده کرد. از جمله مزایای این پلتفرم می‌توان به قابل‌حمل بودن، عدم نیازش به جریان برق قوی و استفاده از اپلیکیشن اختصاصی گوشی موبایل هوشمند اشاره نمود.

جمع‌بندی

اگر به تاریخچه‌ی اکتشافات و اختراعات علمی طی ۱۰۰ سال اخیر نگاهی بیاندازیم متوجه می‌شویم که هر نوآوری‌ای در ابتدا نتوانسته به راحتی در دسترس عموم قرار بگیرد و شکست‌های متعددی در مسیر توسعه‌اش رخ داده؛ اما همین قدم‌های اول الهام‌بخش آیندگان شده تا با درس گرفتن از شکست‌ها، بهترین دستاورد ممکن را ارائه دهند. در زمینه‌ی تشخیص ایدز از طریق گوشی موبایل هم شاهد روند رو به رشدی از سال ۲۰۱۵ تاکنون بوده‌ایم و بنظر می‌رسد تا سال ۲۰۳۰ میلادی، وجود دستگاه خانگی تشخیص تست ایدز مطلب دور از انتظاری نخواهد بود.