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Diagnostica Tecnologie di supporto

Dispositivi Point-Of-Care Testing: una possibile soluzione ad un problema sanitario globale

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Scritto da Federica Ioli

La pandemia non solo ha cambiato radicalmente il modo di vivere e lavorare, ma ha portato a riconsiderare l’organizzazione dell’intero sistema sanitario di molti paesi. Un profondo cambiamento sta interessando il modo in cui l’assistenza sanitaria viene erogata. In particolare, è emersa la necessità di poter eseguire diagnosi cliniche in tempi brevi e lontano dai grossi presidi ospedalieri, promuovendo una crescita rapida di quegli strumenti diagnostici portatili che prendono il nome di Point-Of-Care Testing (POCT). 

POCT: cosa sono?

Si tratta di test eseguiti al di fuori del laboratorio clinico. Tra i più commercializzati vi sono non solo il test di gravidanza, il test per la misurazione della glicemia e quello per la misurazione del colesterolo, ma anche il test per l’analisi delle urine e per l’emoglobina. In questi mesi di pandemia si sono diffusi con il nome di “test rapidi“, per il rilevamento del virus SARS-CoV-2 (COVID-19). Sia l’esecuzione del test che la raccolta di un piccolo campione biologico dal paziente (e.g., sangue, urina, saliva), fino al trasferimento del campione stesso in un dispositivo sito nelle vicinanze, vengono considerati POCT.

Per POCT si intende un test diagnostico eseguito vicino al luogo di cura del paziente e che fornisca i risultati in tempi brevi, senza l’utilizzo di strumentazione complessa.

Evoluzione dei dispositivi POCT

Il crescente sviluppo dei dispositivi POCT e la necessità di diagnosi anche in ambienti poveri di risorse hanno indotto l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) a stilare delle linee guida per la loro progettazione. Tali linee guida prendono il nome di ASSURED e definiscono i criteri necessari per creare una tecnologia clinicamente sicura per l’utente ed economicamente vantaggiosa.

In particolare, i sistemi POCT basati sulla microfluidica sono quelli che meglio permettono di soddisfare tali criteri, con il grande vantaggio di utilizzare una minuscola quantità di fluidi. Difatti lavorare su una scala ridotta consente di ottenere numerosi benefici in termini di costi e controllo dei fluidi rispetto ai dispositivi POCT tradizionali, permettendo di misurare più parametri all’interno dello stesso campione biologico. Questo rende la microfluidica una tecnologia particolarmente conveniente nel campo della diagnostica rapida.

Scala dimensionale microfluidica
Figura 1: Esempi di scala dimensionale approssimata e confini della microfluidica. Credits: intechopen.com (adapted from)

Tecnologie microfluidiche per i dispositivi POCT

Sono due le principali tecnologie alla base dei dispositivi POCT microfluidici:

  • i saggi a flusso laterale (LFA – Lateral Flow Assay),
  • l’amplificazione degli acidi nucleici (NAAT- Nucleic Acid Amplification Technology).

Saggi a flusso laterale

I saggi a flusso laterale più diffusi coinvolgono principalmente l’uso di anticorpi. Questi anticorpi si trovano su una singola striscia polimerica – detta “strip” – solitamente composta da una membrana di nitrocellulosa, e consentono di rilevare la presenza di vari analiti. Il metodo si basa su una reazione antigene-anticorpo.

Componenti dispositivo microfluidico POCT con tecnica a flusso laterale
Figura 2: Componenti di un dispositivo microfluidico POCT basato sulla tecnica a flusso laterale. Credits: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (adapted from)

Il campione biologico in cui si vuole verificare la presenza o l’assenza della sostanza di interesse, e che fungerà da antigene, viene deposto e pre-assorbito da una zona campione. Il fluido biologico migra, per capillarità, verso uno strato detto “zona coniugata“, formato da anticorpi immobilizzati specifici per la sostanza da rilevare e marcati con particelle che ne consentiranno l’identificazione, quali oro colloidale o fluorofori.

Nel caso in cui fosse presente l’antigene di interesse, si formerà un immunocomplesso, costituito da antigene e anticorpo marcato. L’immunocomplesso migra quindi verso la membrana che costituisce la vera zona di rilevamento. In essa sono contenute la linea di test e la linea di controllo, in due punti diversi. L’immunocomplesso, complementare ai recettori specifici per l’antigene di interesse presenti sulla linea di test della membrana, viene catturato da questi. La linea di controllo, grazie all’azione di coniugazione tra anticorpo adeso in questa zona e anticorpo marcato proveniente dalla zona coniugata, consentirà di determinare la correttezza procedurale dell’esame. 

Il risultato visibile di queste reazioni è un cambio di colorazione in corrispondenza della linea di test e della linea di controllo, grazie alla presenza delle particelle colorate. L’utilizzatore, in base al cambio di colorazione, potrà verificare la presenza (colorazione di entrambe le linee) o l’assenza (colorazione della sola linea di controllo) della sostanza di interesse.

Dispositivo microfluidico monitoraggio parametri sudore
Figura 3: Dispositivo microfluidico per il monitoraggio di parametri fisiologici tramite il sudore. Credits: Jennifer M. McCann/Penn State – Lab on a Chip

Amplificazione degli acidi nucleici

Nonostante i saggi a flusso laterale costituiscano la tecnologia più comunemente utilizzata per i dispositivi POCT, nuovi test con maggiore capacità e affidabilità in termini di rilevamento si stanno affermando negli ultimi tempi: sono i POCT basati sull’amplificazione degli acidi nucleici

Tali test rivelano la presenza del materiale genetico dell’organismo patogeno di interesse, generando più copie della sua sequenza genica e rilevandone poi la presenza. Il tutto si verifica mediante l’utilizzo di coloranti fluorescenti o colorimetrici per produrre un segnale ottico. Il segnale è proporzionale alla concentrazione dei replicati. La tecnica conferisce al test un’elevata sensibilità e specificità nella diagnosi. 

Tuttavia, rispetto ai dispositivi LFA, questi dispositivi necessitano ancora di step intermedi di preparazione, che aumentano il tempo e la complessità della diagnosi. 

Vantaggi nell’utilizzo dei dispositivi POCT

I dispositivi POCT permettono un monitoraggio continuo ed efficiente nell’ambito domestico, consentendo una migliore gestione della patologia e sgravando molto il sistema sanitario da prestazioni che richiederebbero altrimenti un robusto dispiego di tempo con personale qualificato. La semplicità di utilizzo e l’assenza di attrezzatura complessa li rende adatti anche all’uso diretto da parte del paziente stesso. 

Il vantaggio principale rimane quello di ottenere dei risultati in tempi brevi a dei costi contenuti. In questo modo la cura ed il trattamento possono essere erogati con rapidità. 

Conclusioni

La necessità crescente di avere risultati clinici in tempi brevi ha comportato la diffusione di questi dispositivi portatili. Gli sforzi compiuti negli ultimi anni si sono concentrati nel migliorare le tecnologie alla base dei POCT per renderli più sensibili e specifici. 

La scienza medica si è evoluta fino a rendere i dispositivi POCT un punto di appoggio fondamentale nel panorama medico assistenziale e, come sottolineato dalla pandemia in corso, una forma di supporto per l’emergenza sanitaria e in tutte quelle situazioni in cui il tempo è un fattore determinante per la salute pubblica.

HIV test rapido POTC Africa
Figura 4: Un’infermiera preleva un campione biologico di sangue da un neonato per il test dell’HIV in una clinica in Malawi. Credits: James Pursey/Elizabeth Glaser – Pediatric AIDS Foundation/USAID

La tecnologia POCT, inoltre, costituisce una soluzione fattibile all’ampliamento dell’assistenza sanitaria nei paesi in via di sviluppo e nelle aree del mondo più disagiate, prive di strutture ospedaliere adeguate. La scarsa assistenza sanitaria in queste zone è ciò che più incrementa il tasso di mortalità nelle loro popolazioni, dovuto alla diffusione di malattie come HIV, tubercolosi e malaria. La distribuzione dei dispositivi di diagnostica rapida ed il loro potenziamento assumono in questo modo l’importanza di una sfida non solo tecnologica, ma soprattutto etica in termini di responsabilità collettiva.


Fonti e approfondimenti

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Informazioni autore

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Federica Ioli

Laureata in Ingegneria Biomedica al Politecnico di Milano,
appassionata di scienza ed innamorata delle parole;
credo nell’importanza sociale di una divulgazione scientifica corretta ed efficace.

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