这项技术使用了所谓的光学微环谐振器，有可能被开发成致命的埃博拉病毒疾病的快速诊断测试，这种疾病导致高达89%的感染者死亡。自1976年发现以来，埃博拉病毒已经引发了数十次疫情，主要在非洲中部和西部。最引人注目的是始于2014年的疫情，在几内亚、塞拉利昂和利比里亚造成1.1万多人死亡;在美国，该病毒造成11例病例和2例死亡。快速、早期的诊断可以帮助公共卫生工作者跟踪病毒的传播，并实施限制疫情爆发的策略。

这项研究还包括密歇根大学安娜堡分校和综合生物治疗公司的研究人员，该研究发表在6月8日的《细胞报告方法》(Cell Reports Methods)上。

第一作者之一、华盛顿大学博士后研究员亚伯拉罕·卡维博士说:“任何时候你都可以更早地诊断感染，你可以更有效地分配医疗资源，为个人和社区促进更好的结果。”“使用埃博拉感染的生物标志物，我们已经表明，我们可以在感染后关键的早期检测到埃博拉感染。就让人们获得所需的医疗护理和打破传播循环而言，几天的时间会产生很大的不同。”

埃博拉病毒通过体液接触传播。它会导致发烧、身体疼痛、腹泻和出血——这些非特异性症状很容易被误认为是其他病毒感染或疟疾。近年来，针对埃博拉病毒的疫苗和有效疗法已经开发出来，但它们并没有被广泛使用。相反，卫生官员通过控制疫情来控制这种致命病毒。该战略依赖于快速识别感染者，并通过鼓励护理人员佩戴防护装备来防止传播。

此前，Qavi曾与密歇根大学的Robert a . Gregg化学教授Ryan C. Bailey博士合作，共同开发光学微环谐振器，这是一种用于分子检测的低语廊道模式设备。这个名字来自于伦敦圣保罗大教堂的耳语画廊。在中殿上方圆顶的走道上发出的低语，在100英尺(约100米)外都能清晰地听到，因为声波在绕着圆形墙壁反弹时，振幅会增加。18世纪的建造者无意中建造了一个巨大的声学共振原理的演示，在这个原理中，如果声波以正确的方式相互作用，振幅就会增加。同样的现象也发生在光波上，但范围要小得多。

当Qavi加入了共同资深作者Gaya K. Amarasinghe博士的实验室时，他们决定应用这项技术来创造一种更好的埃博拉诊断测试。Gaya K. Amarasinghe博士是埃博拉专家，也是华盛顿大学病理学与免疫学校友捐赠教授、生物化学与分子生物物理学教授和分子微生物学教授。Qavi与贝利，贝利实验室的研究生Krista Meserve，以及合著者Lan Yang博士，华盛顿大学麦凯维工程学院电气与系统工程的Edwin H.和Florence G. Skinner教授合作，开发了一种工具，可以使用微环谐振器检测血液样本中微量的埃博拉相关分子。

“我们将光捕获在共振器中，并利用共振来增强和增强我们的信号，”Qavi说。“通过监测共振波长发生的地方，我们可以知道我们有多少分子。”

关键在于找到正确的分子。目前的诊断测试检测的是病毒产生的遗传物质或糖蛋白(一种被糖覆盖的蛋白质)。但在病毒在体内繁殖到高水平之前，它们是不可靠的，这个过程可能需要几天时间。联合资深作者Frederick Holtsberg博士，Integrated Biotherapeutics制造和生物分析副总裁，开发了一种高敏感抗体，能够在低水平检测病毒可溶性糖蛋白。

研究人员将这种抗体植入他们的设备，并使用受感染动物的血液进行测试。他们发现，他们的技术可以比最敏感的病毒遗传物质检测更早或更早地检测出糖蛋白。重要的是，这项技术还允许他们量化血液中病毒糖蛋白的数量。水平越高，受感染的动物表现越差。此外，测试从开始到结束只花了40分钟。

“看到这些数据，我们可以说，‘如果你高于这些水平，你的生存机会很低;如果你低于它，你的生存机会很高’，”Qavi说。“我们仍然需要在受感染的个体中验证这一点，但如果它成立，医生可以利用这一信息为个别患者制定治疗计划，并将稀缺的药物分配给最有可能受益的患者。

“我们已经证明了基础科学是有效的，”他补充说。“现在的问题是如何将这些设备小型化，并将它们带到实地。”

本研究得到美国国立卫生研究院(NIH)的支持，批准号为CA009547、P01AI120943、R01AI123926、R01AI141591和R01AI107056。

Journal Reference:

1. Qavi AJ, Meserve K, Aman MJ, Vu H, Zeitlin L, Dye J, Froude J, Leung DW, Yang L, Holtsberg FW, Bailey RC, Amarasinghe GK. Rapid Detection of an Ebola Biomarker with Optical Microring Resonators. Cell Reports Methods, 2022 DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100234