几乎每个人都用过快检试纸,滴一滴样本,等上几分钟,看会出现几道线,方便又快捷。
疟疾也可以用这种方式来判断。在疟疾流行地区,最常用的诊断方式之一就是疟疾快速诊断试纸(RDT)。采一点指尖血,滴到试纸上,等几分钟,结果就会显现。
用来筛查它的快检试纸,早在上世纪90年代就已上市。然而三十多年过去,以往的试纸变得越来越容易漏掉一些疟疾病人。而这背后,是每年近3亿人感染,超过60万人死亡的庞大疾病负担——尤其疟疾并非无药可医,及早发现、及时治疗,治愈的希望很大。
为此,曾志毅和他的团队瞄准了这中间漏掉的那部分人。
学会“隐身”的疟原虫
检测传染病,本质上是找一个可靠的记号。
第一代疟疾快检试纸只需要认一个记号——疟原虫释放进血液的一种富组氨酸蛋白,业内简称HRP2。找到了它,就意味着找到了疟原虫。
麻烦的是疟原虫一直在“进化”。近年来,一种不再分泌这种蛋白的恶性疟原虫在越来越多的地方出现,导致人体内明明有虫,试纸却显示阴性。世界卫生组织为此规定:当一个国家的疟原虫HRP2/pfhrp2基因缺失比例达到或超过5%,就需要换用能识别这类虫体的检测方法。埃塞俄比亚已经越过这条线,厄立特里亚等国也相继出现类似情况,另有四十多个国家正处在临界点。
志毅团队的做法是给试纸再加一个记号。除了保留原来的HRP2靶标,他们又加了一条针对疟原虫特有的乳酸脱氢酶的检测线,一旦这条线显色,就说明血液内存在疟原虫。
这个思路听起来很自然,真正做起来却不简单。与HRP2相比,现有试纸对疟原虫乳酸脱氢酶的检测通常不够灵敏。尤其在寄生虫密度较低时,即使试纸上的抗体抓住了它,产生的信号也可能弱到肉眼无法分辨。要让这条检测线真正发挥作用,团队首先要解决一个更基础的问题:如何把试纸的灵敏度抬高。
把微弱信号放大
答案就藏在让检测线显色的材料里。
胶体金法快检试纸上的那道红杠里,真的有金。但不是我们熟悉的金灿灿的金——当金被制成纳米级颗粒,颜色会随着颗粒的大小和结构发生变化,可以呈现红色、紫色、甚至绿色。
这些带有颜色的金颗粒连接着抗体,可以稳定悬浮在液体里。样本流过试纸时,抗体一旦抓住目标,金颗粒就会被拦在检测线上。金颗粒越积越多,原本看不见的抗原抗体反应,就变成了一道肉眼可见的线。
在一定范围内,增大显色颗粒的粒径,可以让单个颗粒产生更强的信号。但颗粒越大,越容易聚集或沉降,也越难在试纸上稳定移动。对于常规胶体金工艺来说,粒径接近80纳米后,想要继续增大,同时保持稳定,就变得十分困难。
志毅团队自研的标记物,整体粒径达到约150纳米,在增强显色信号的同时,仍然能稳定悬浮。灵敏度随之大幅提升:常规胶体金产品的最低检出浓度一般在20到30个国际单位,新产品做到了5个国际单位左右,分析灵敏度提升了四到六倍。
这意味着过去容易被常规试纸漏掉的微弱信号,现在有了更多被识别到的可能。曾志毅解释道:“如果你是一个无症状感染者,或者是一个轻症患者,第一代检测试剂是没办法给你检测出来的。”
与此同时,随着标记物大小和结构的变化,检测线也从常见的红色变成了绿色。而这个颜色变化,还为另一个检测难题提供了解法。
检得出,还要看得清
相信每个用过快检试纸的人都熟悉这种尴尬:阳性线到底有没有?是不是自己看花了眼?这个问题在疟疾检测里更棘手,因为疟疾检测需要检测全血样本,血本身就是红的,而过去的阳性线也是红的。弱阳性本来就淡,如果红色背景清不干净,就可能把那条线盖住。
为了解决这个问题,曾志毅决定想办法把红色“从视野范围内赶走”。团队为此重新挑选低吸附的膜材,配合冲洗机制,让红细胞先破裂放出虫体,再把血红蛋白从观察窗里带走。二十分钟之后背景迅速转白,绿色的检测线落在更干净的底色上,判读就变得明确起来。
把检测送到真正需要的地方
这款产品几乎没有国内使用场景。中国自2017年以来已无本土原发疟疾病例,并于2021年获得世界卫生组织的无疟疾认证,国内病例主要来自境外输入。正因如此,研发团队在开发过程中连阳性样本都很难获得,尤其是基因缺失型这类特殊样本。他们依靠疾控机构、高校和国际公共卫生组织等多方支持,才凑齐开发所需的临床样本。
既然用不上,为什么还要做?曾志毅的回答很朴素::“我们的使命也是为全球公共卫生事业做一份自己的贡献。我们还想把这个产品带给世界上不同的人群,带给那些需要优质诊断的人。”
项目从2024年初启动,到现在产品已经完成开发并进入临床验证。但做出来只是第一步,它还必须适应疟疾流行地区的真实环境:基层医疗条件有限,气温可能超过40摄氏度,使用者也未必是专业的实验室人员。
因此,从采样、保存到操作,很多设计都要围绕低资源场景展开:这支试纸只需要5微升指尖血,可以常温保存,在40度高温下依然可用;说明书用图示一步步展示操作,团队还做了可用性评估,确认专业和非专业人员都能照着完成检测;它还不需要专业的医生和设备,可以在基层甚至户外场景使用;团队还依托规模化产线和自有供应链控制成本,为公共卫生项目的大规模采购和使用创造了条件。
预计到2026年底,他们将累计向全球公共卫生体系供应近4,000万人份疟疾快速检测试剂。新一代产品要接上的,正是这条面向全球公共卫生需求的供应链。
让一条微弱的信号变得确定,让好的创新能够跨越地域的限制去拯救生命,这才是了不起的创新。
