Papir, velcro og snor er de nyeste våben mod malaria 10. januar 2017 Med en superbillig hånddrevet centrifuge af papir, snor og velcro kan et vigtigt videnskabeligt redskab komme ud af laboratoriet og hjælpe diagnose af malariapatienter i områder langt fra infrastruktur og elektricitet.
Af Rasmus Kragh Jakobsen
Forskere har lige taget jule-klippe-klistren op på et helt nyt niveau: Det er lykkedes at skabe en enkel og superbillig hånddreven centrifuge af to stykker papir, lidt velcro og en snor.
Centrifugen matcher en moderne, elektrisk laboratoriecentrifuge, og forskerne peger på, at den kan skille blodprøver i fraktioner og gøre diagnose af malaria bedre, langt fra alfarvej og elektricitet.
»Vi arbejder på at demokratisere videnskabelige redskaber, og vi prøver at bringe teknologierne ud af laboratoriet og i hænderne på almindelige mennesker med fokus på både videnskab, uddannelse og global sundhed,« siger Manu Prakash ved Stanford University i Californien, USA.
Studiet om den nye centrifuge er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Biomedical Engineering.
Ros fra danske forskerkollegaer
Den nye centrifuge, ’Paperfuge’, står endda ikke alene - for få år siden skabte Prakash verdens første klippe-klistre-mikroskop, Foldscope, foldet af et enkelt stykke papir.
Det er måske ikke så mærkeligt, at han i september blev tildelt det prestigefyldte MacArthur ’Genius’ legat.
»Tanken er en demokratisering af videnskaben, så enhver med små midler har mulighed for at lege med den mikroskopiske verden og al dens fascination. Dette er en ny, utrolig elegant, teknisk løsning,« siger professor Jørgen Kurtzhals ved Klinisk Mikrobiologisk Afdeling, Rigshospitalet, som arbejder med malaria og selv har et ’Foldscope’.
Det samme siger lektor Michael Alifrangis fra Center for Medicinsk Parasitologi ved Institut Immunologi og Mikrobiologi ved Københavns Universitet.
»Som udgangspunkt er det vildt fedt, at man tager noget så ufatteligt simpelt og prøver at skabe noget, man kan bruge, uden at gøre det bøvlet,« siger Michael Alifrangis, som de sidste 20 år har arbejdet med malaria og bl.a. været med til at opkvalificere laboratorier i malariaramte lande som Tanzania i Afrika.
»Men når det er sagt, er det mere tvivlsomt, hvor stor betydning det får i kampen mod malaria.«
Vil give fattige egne adgang til udstyr
Manu Prakash er bioingeniør født i Indien og har de sidste 5-6 år arbejdet på at demokratisere videnskaben globalt. Først med Foldscope-mikroskopet, som koster under en dollar og trods materialet er solidt nok til at kunne tages med overalt.
Således var det med på feltarbejde i Uganda for 3 år siden, hvor Prakash og hans kollegaer arbejdede med parasitten bag sovesyge, da han igen og igen hørte fra sundhedsarbejderne, hvor meget de savnede en centrifuge ude i felten.
Her er der ingen elektricitet, og få har ekspertisen til at reparere og vedligeholde udstyret, så de moderne laboratoriecentrifuger er uanvendelige.
»Jeg så bogstaveligt talt en nedbrudt centrifuge sat i døren som dørstopper,« siger Manu Prakash.
Han peger på, at omkring en milliard mennesker lever i egne uden veje, infrastruktur eller elektricitet og dermed ingen adgang til moderne laboratorieudstyr, og »det er den udfordring, vi gerne vil løse,« siger han.
Gammelt legetøj rummede svaret
Så tilbage i laboratoriet begyndte Prakash at tænke over alternativer til at bygge en centrifuge, og tankerne faldt på roterende legetøj som snurretoppe og yo-yo'er.
»Sjovt nok havde jeg besøg af en dansk studerende, som tidligere havde arbejdet i et cirkus og lærte mig at bruge en yo-yo,« siger Manu Prakash.
Det lykkedes faktisk at få en yo-yo op på 4.000 rotationer i minuttet (rpm), hvilket ikke er så ringe og f.eks. godt nok til at fraktionere blod på cirka 5 minutter.
Men det virkelige gennembrud kom, da en ny post doc. Saad Bamla foreslog et oldgammelt legetøj kaldet en ’hvæser’ eller ’snurreknap’. Det er sådan en, man finder i museumsbutikken, og som bedsteforældre synes er hyggelig at vise børnebørnene. I bund og grund bare en knap, som sidder mellem to snore og kan drejes rundt ved at trække i snorene - så hurtigt, at den brummer.
For at måle, hvor hurtigt knappen roterede, brugte forskerne hi-speed kameraer.
»Til alles overraskelse fik vi den lige fra start op på 10.000 rpm,« siger Manu Prakash.
Så var de på rette spor.
Guiness rekordbog
Men som fysiker begynder man ikke bare at bygge uden at kende de mekaniske principper bag. Så forskerne tog en ’omvej’ på et halvt års tid, hvor de eksperimenterede med legetøjet og fik sat, hvad der skulle vise sig at være en overraskende kompleks dynamik, på formel.
Ud fra modellen byggede de så en papircentrifuge af to skiver papir, samlet med velcro omkring tynde glasrør til blodprøver (standard kapillærrør). Med papircentrifugen kunne de opnå mere end 100.000 rpm - det hele til omkring 20 cents (under 2 kroner).
Rekorden, der har opnået, er på 125.000 rpm - over 2.000 omgange i sekundet - og er indsendt til Guiness Rekordbog som den hurtigste rotation, drevet af håndkraft.
»Den matematiske model forudsiger faktisk, at en million rpm er muligt, og det udforsker vi pt.,« siger Manu Prakash.
Centrifugen rummer mange muligheder
Men det vigtige er selvfølgelig, hvad centrifugen kan bruges til.
»Det er et stærkt værktøj - centrifugen - som nu kan leve et liv uden for laboratorierne og være tilgængelig for mennesker over hele verden. Det kan føre til mange nye muligheder‚« siger Prakash.
Han og kollegaerne har selv demonstreret to anvendelser.
For det første, at centrifugen på kort tid kan skille blodets dele i plasma og blodceller, som giver et direkte mål for, om en person lider af blodmangel (anæmi), hvilket kan skyldes flere sygdomme.
»Det er rigtig nok, at man kan bruge en kort centrifugering til det, men ude i felten kan man faktisk også bare lade sådanne rør stå, så bundfælder de stille og roligt,« påpeger Michael Alifrangis.
Diagnose af malaria er den hellige gral
Det mest interessante kommer derfor med muligheden for mere forfinede undersøgelser, når man får en bedre opdeling af blodet i fraktioner.
Her viser Prakash og kollegaerne, specifikt for malaria, hvordan man efter 15 minutters centrifugering kan fraktionere blodet så meget, at malariaparasitterne opkoncentreres i én fraktion.
Dermed kan sygdommen diagnosticeres bedre og mere præcist.
»Det er efterhånden dér den hellige gral ligger begravet - der er sket en revolution inden for malariadiagnostik, men det skal blive meget bedre, hvis man skal eliminere malaria,« siger Michael Alifrangis.
»Det nagende spørgsmål er, om papircentrifugen og origamimikroskopet kommer til at få den praktiske anvendelse i lavindkomstlande, som det er visionen bag opfindelsen,« siger Jørgen Kurtzhals.
Hidtige hurtigtests for malaria er ikke nok
Malariadiagnostik er ’big business’, hvor de billige papir-opfindelser Foldscope og Paperfuge er oppe imod konkurrence fra ikke mindst en bred vifte af simple hurtigtests (RDT - Rapid Diagnostic Tests), som kan udføres på cirka 10 minutter med meget begrænset uddannelse.
Det er enkle test-strips, hvor man, lidt ligesom graviditetstests, ser en streg, hvis patienten har malaria. RDT anbefales af Verdenssundhedsorganisationen WHO og er allerede vidt udbredt i mange malaria-lande.
»RDT har været fantastiske i kampen mod malaria, men de er ikke nok,« siger Manu Prakash.
Den nye papircentrifuge kan gøre en forskel
Han peger på, at man skal op på mere end en milliard malariatests mere om året, og hvis man læser i WHO's seneste årlige malariarapport, indkøbte malarialandene globalt ’blot’ 270 millioner RDT i 2015, og tallet er faldende, ikke stigende.
»De tests er i høj grad støttet af filantropiske organisationer, og hvis den støtte forsvinder, vil vi være i store problemer,« siger Prakash.
Det er her den billige papirscentrifuge kan komme ind i billedet.
Dels kan den opkoncentrere parasitterne, så de kan diagnosticeres i mikroskopet, dels kan den måske øge de smarte RDT'ers følsomhed, og endelig demonstrerer forskerne et andet lidt billigere og mere følsomt diagnosesystem kaldet QBC, som blot består af kapillærrøret og en plasticstang beklædt med billige reagenser.
Stort arbejde endnu
Men QBC er også lidt mere tidskrævende og mere 'videnstungt' end RDT'erne, så om det rent faktisk kan slå igennem, er endnu langt fra sikkert.
»Jeg er måske ved at blive en gammel, kynisk forsker. Men man har allerede simple midler, som er vidt udbredte, og det er altså en supertanker, der skal vendes,« siger Michael Alifrangis.
Det er Manu Prakash godt klar over.
»De globale sundhedssystemer er bestemt ikke letomskiftelige. Vi har et stort arbejde foran os, først med klinisk validering i større skala, der kan overbevise dem, der står med problemerne i felten,« siger Manu Prakash.
»Vi vil ikke sidde i vores stole og vente på, at tingene ændres, men arbejder sammen med organisationer og går aktivt i dialog for at skubbe nålen fremad. Selv om RDT er fantastiske, er de ikke udbredte nok, og vi har brug for bedre redskaber ude i felten.«
Men kampen mod malaria er kun ét aspekt - i det store billede kan papirredskaberne åbne døren til helt ny verden for en stor dele af klodens befolkning, som vi sjældent hører fra, og hvem ved, hvilke nye opfindelser det giver.
»Jeg hepper på Prakash’ hold og håber, at mange vil få lyst til at eksperimentere med den mikroskopiske virkelighed,« siger Jørgen Kurtzhals.
