Разработка системы автоматического диагноза на наличие антител иммуноглобулинов IgG и IgM SARS-CoV-2

Цель исследования. SARS-CoV-2 - новое эпидемическое инфекционное заболевание, характеризующееся сравнительно высокой контагиозностью и вероятностью развития жизнеугрожающих осложнений в виде острого респираторного дистресс-синдрома, острой дыхательной и полиорганной недостаточности. Возбудитель заболевания - оболочечный зоонозный РНК-вирус SARS-CoV-2 относится к семейству Coronaviridae, роду Betacoronavirus, как и известные ранее вирусы SARS-CoV и MERS-CoV, которые вызывают тяжелый острый респираторный синдром и ближневосточный респираторный синдром соответственно. Эпидемия SARS-CoV-2 быстро распространилась по всему миру и в настоящее время охватывает 213 стран, в которых зарегистрировано более 1,6 млн заболевших, из которых на данный момент умерло более 90 000 человек. В весенне-летний период 2021 г. прогнозируется третья волна вспышки заболевания коронавирусом SARS-CoV-2. Доступность анализа на наличие антител иммуноглобулинов SARS-CoV-2 позволит своевременно обнаружить заболевание и принять меры к лечению и самоизоляции. Целью исследования является разработка модуля автоматического диагноза для прибора экспресс­анализатора на наличие антител иммуноглобулинов IgG и IgM SARS-CoV-2.

Методы исследования основываются на общей теории систем, теории конечных автоматов, минимизации логических выражений. В качестве программно-аппаратного комплекса используется программируемый контроллер Отrоп. Разработан интерфейс оператора-аналитика с использованием СХ- Designer. Программирование микроконтроллера выполнено на языке Ladder Diagram (МЭК 61131-3). Наличие контрольного сигнала позволит повысить достоверность анализа. Экспресс-анализатор построен на методике Immunosorbent Assay (ELISA), использующей жидкофазную иммуноферментную среду.

Результаты. Разработано программное обеспечение для проектирования прибора жидкофазного анализатора на наличие антител иммуноглобулинов IgM, IgG SARS-CoV-2 на базе микроконтроллера СР1Н Отrоп. Проведено имитационное моделирование, которое показало правильную логику работы проектируемого прибора и удовлетворительные результаты по постановке предварительного диагноза заболевания.

Заключение. Производство портативных экспресс-анализаторов на наличие антител иммуноглобулинов IgG и IgM SARS-CoV-2 позволит оперативно определять стадию заболевания и будет способствовать своевременной изоляции и лечению.

1. Covid-19. Этиология, патогенез, диагностика и лечение / В. П. Баклаушев, С. В. Кулемзин, А. А. Горчаков, Г. М. Юсубалиева, В. Н. Лесняк // Клиническая практика. 2020. Т. 11, № 1. С. 7-19.

2. Comparative therapeutic efficacy of remdesivir and combination lopinavir, ritonavir, and interferon beta against MERS-CoV / T. P. Sheahan [et al.] // Nature Communications. 2020. Vol. 11,N 1. P. 222.

3. Comparative genetic analysis of the novel coronavirus (2019-nCoV/SARS-CoV-2) receptor ACE2 in different populations / Y. Cao [et al.] // Cell Discovery. 2020. Vol. 6, N 1. P. 11.

4. Смирнов И. В. COVID-19 (SARS-COV-2) - от диагностики до вакцины // Лаборатория и производство. 2020. № 3-4 (13). С. 108-117.

5. Масягутова Л. М. Опыт и первые результаты определения антител к SARS-COV- 2 // Медицина труда и экология человека. 2020. № 4 (24). С. 153-160.

6. Project design of a device for express analysis for Coronaviridae antigens based on Omron industrial programmable logic controller / S. N Kostarev., О. V. Kochetova, N. A. Tatarnikova, T. G Sereda. // International Journal of Biology and Biomedical Engineering. 2020. Vol. 14. P. 21-32.

7. Разработка автоматизированной системы мониторинга наличия антигенов COV/TU336/F/2008 у служебных собак Росгвардии и ФСИН России / С. Н. Костарев, O.В. Кочетова, Т. Г. Середа, А. Р. Мельникова // Актуальные проблемы собаководства в правоохранительных структурах-2020: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции / Пермский институт ФСИН России. Пермь, 2020. С. 48-54.

8. Медведева М. Приручить коронавирус // Аргументы и факты. Прикамье. 2021. № 8 (1329). С. 15.

9. Домашний экспресс-тест на «корону»! // Техника-молодёжи. 2021. № 5 (1068). С. 110.

10. Акиньшина Ю. А., Марданлы С. С., Киселева В. А. Иммуно-хроматографическая тест-система для дифференцированного выявления антител классов М и G к коронавирусу SARS-COV-2 //Известия ГГТУ. Медицина, фармация. 2020. № 3. С. 1216.

11. Design study of a brain-dedicated time-of-flight PET system with a hemispherical detector arrangement / S. Takyu [et al.] // Physics in medicine and biology. 2020. Vol. 65, N3. P. 035012.

12. Detection of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) by real-time RT-PCR / V. M. Corman [et al.] // European communicable disease bulletin. 2020. Vol. 25, N 3. P. 2000045.

13. Большая медицинская энциклопедия / гл. ред. акад. Б. В. Петровский; Акад. мед. наук СССР. 3-е изд. М.: Советская энциклопедия, 1974-1989.

14. Sereda Т. G., Tatarnikova N. A. Development of an automated system histology security of food production // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019. Vol. 315(3). P. 032003.

15. Creation of the automatic machine of the cell pathology recognizer / S. N. Kostarev, T. G. Sereda, N. A. Tatarnikova, О. V. Kochetova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020. Vol. 421. P. 042003.

16. Comparative therapeutic efficacy of remdesivir and combination lopinavir, ritonavir, and interferon beta against MERS-CoV / T. P. Sheahan [et al.] // Nature Communications. 2020. Vol. 11,N 1. P. 222.

17. Comparative genetic analysis of the novel coronavirus (2019-nCoV/SARS-CoV-2) receptor ACE2 in different populations / Y. Cao [et al.] // Cell Discovery. 2020. Vol. 6, N 1. P. 11.

18. HIV-1 did not contribute to the 2019-nCoV genome / C. Xiao [et al.] // Emerging microbes & infections. 2020. Vol. 9, N 1. P. 378-381.

19. A mathematical model for simulating the phasebased transmissibility of a novel coronavirus / T.-M. Chen [et al.] // Infectious Diseases of Poverty. 2020. Vol. 9(1). P. 24.

20. Genomic characterization of the 2019 novel human-pathogenic coronavirus isolated from a patient with atypical pneumonia after visiting Wuhan / J. F.-W Chan [et al.] // Emerging microbes & infections. 2020. Vol. 9 (1) P. 221-236. 22 Информационные и интеллектуальные системы / Information and Intelligent Systems

21. Higher glycemic variability within the first day of ICU admission is associated with increased 30-day mortality in ICU patients with sepsis / T.-M. Chen [et al.] // Annals of Intensive Care. 2020. Vol. 10, N 1. P. 17.