В нужном свете: новый тест выявит любой вирус в организме за минуту
Российские ученые впервые создали универсальный метод диагностики, позволяющий за считаные минуты идентифицировать любой вирус в организме пациента. Все существующие сейчас тесты способны определять наличие только какого-то одного патогена. Для проведения анализа специалисты воздействуют на вирусы светом и по спектру отраженного излучения определяют тип. По мнению экспертов, новый вид исследования может оказаться очень полезным. Однако его внедрение в клиническую практику, скорее всего, столкнется с юридическими сложностями и затянется на несколько лет.
Светлый путь
Ученые ИТМО совместно со специалистами НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева разработали универсальный метод обнаружения вирусов в организме человека. C его помощью можно за считаные минуты определить любой патоген в слюне пациента. Для этого понадобится спектрометр, который позволяет анализировать световое излучение, и компьютер с установленной программой. Разработчикам удалось научиться выявлять в пробах аденовирусы, коронавирусы, а также возбудителей гриппа А и B.
— Наша технология поможет контролировать распространение новых вспышек вирусов. Например, прибор можно будет поставить при входе в помещение с большим скоплением людей (вокзалы, аэропорты, торговые центры). Посетитель сдаст образец слюны или мазок из носоглотки и через три минуты получит результат, — говорит руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории оптоэлектронного обеспечения киберфизических систем ИТМО Владимир Виткин.
Сегодня для обнаружения вирусов в основном используют ПЦР-диагностику, основанную на сопоставлении фрагментов ДНК опасных микроорганизмов. Такое исследование занимает минимум четыре часа. Также существует метод экспресс-тестирования, который, однако, очень часто дает ложные результаты. При этом оба способа позволяют определить наличие или отсутствие только одного вида патогена в организме человека.
Специалисты из Санкт-Петербурга решили использовать для этих целей метод так называемой рамановской спектроскопии с небольшими особенностями. Он заключается в том, что на вирус воздействуют светом, а потом по изменению длины волны отраженного излучения идентифицируют патоген.
Процедура анализа состоит из двух этапов. Сначала подложку с наночастицами серебра и пробой пациента помещают в спектрометр и воздействуют на нее красным лазерным излучением. Спустя одну минуту можно обнаружить характерное изменение длины волны лазера, которое говорит, что в материале есть вирус. Параллельно алгоритм программы обрабатывает результаты полученных спектров и сопоставляет их с информацией из базы данных. Так компьютер определяет, какому патогену соответствует результат.
Программа представляет собой нейросеть, обучающуюся на базах данных. При работе с искусственным интеллектом исследователи сначала обучили его выявлять вирусы при больших концентрациях патогенов. В результате на специально выращенных в НИИ гриппа имени А. А. Смородинцева популяциях возбудителей инфекций ученым удалось добиться классификации патогенов с точностью 93%. После этого программа могла работать с клиническими образцами. На низких концентрациях вирусов, которые чаще всего встречаются в медицинской практике, точность доходила до 84%.
Ученые намерены развивать технологию, в их планах — увеличить базу данных и модифицировать ПО для анализа спектров. Это позволит создать универсальную платформу для определения не только вида патогена, но и его штамма.
— Ограничений по обнаружению вирусов у этой технологии нет. Мы как раз сейчас пытаемся найти подводные камни, которые могли бы помешать анализу, но пока данная технология выглядит крайне перспективной. Совсем не обязательно концентрироваться только на респираторных патогенах. Таким образом мы можем находить и вирусы гепатита, иммунодефицита и любые другие, — сказал инженер лаборатории оптоэлектронного обеспечения киберфизических систем ИТМО Артем Табаров.
ИИ повышенной опасности
Потенциально изобретение специалистов ИТМО может быть очень полезным, уверен доцент кафедры инфекционных болезней РУДН Сергей Вознесенский. Однако, по его словам, в диагностике острых респираторных инфекций есть свои сложности.
— Во-первых, вирус далеко не всегда можно обнаружить в слюне инфицированного человека. Например, возбудитель гриппа может находиться в слизистой носа или бронхах, а коронавирус — в альвеолах легких, но отсутствовать в верхних дыхательных путях. Существующие методики ПЦР или экспресс-тестов на антиген далеко не стопроцентные именно по этой причине, — сказал ученый.
Также могут возникнуть сложности при сборе биологического материала. Если человек перед этим что-то съел, выпил или почистил зубы, то снижается точность анализа. Возможны проблемы с материально-технической базой, так как спектрометр есть далеко не в каждой поликлинике. От испытаний, которые проводят разработчики, до внедрения в клиническую практику проходит не один год. Для этого авторам нужно пройти процедуру сертификации, и только тогда в России может появиться еще один способ диагностики, пояснил специалист.
— Метод анализа, предложенный учеными ИТМО, вполне может оказаться эффективным. Рамановскую спектроскопию еще несколько лет назад использовали для диагностики гриппа на химфаке МГУ, и натренировать нейросеть для определения того или иного вируса вполне реально, — сказал заведующий лабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.
Однако внедрение теста в широкую практику может осложниться тем, что медицинские изделия, в которых применяются технологии искусственного интеллекта, согласно решению госорганов, обладают высокой степенью риска. Им присваивают третий класс опасности — самый высокий. Это порождает дополнительные сложности на пути от научной статьи к врачебным кабинетам, резюмировал эксперт.
