Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • techweek
  • Biohacking
  • Био/​мол/​текст

Быстрая диагностика сепсиса

Сепсис возникает в результате иммунного ответа организма на инфекцию, который запускает массивное воспаление, вызывая учащенное сердцебиение, высокую температуру, одышку и другие изменения. Если не начать своевременное лечение, чрезмерная воспалительная реакция может привести к септическому шоку, при котором артериальное давление падает, развивается полиорганная недостаточность. Для диагностики сепсиса врачи традиционно полагаются на различные инструменты, в том числе показатели жизненно важных функций, анализы крови, методы визуализации, другие лабораторные анализы.

Недавно исследователи обнаружили в крови белки-биомаркеры, которые являются ранними признаками сепсиса. Одним из многообещающих биомаркеров является интерлейкин-6 (IL-6), вырабатываемый в ответ на воспаление. У пациентов с сепсисом уровень IL-6 может повышаться за несколько часов до появления других симптомов. Но даже при таких повышенных уровнях концентрация этого белка в крови слишком мала, чтобы традиционные аналитические устройства могли быстро его обнаружить.

В статье, представленной на конференции «Инженерное дело в медицине и биологии», исследователи из Массачусетского технологического института описывают систему на основе микрофлюидики, которая автоматически определяет клинически значимые уровни IL-6 для диагностики сепсиса в течение 25 минут.

В одном микрофлюидном канале микрошарики с антителами смешиваются с образцом крови и захватывают биомаркер IL-6. В другом канале шарики, содержащие биомаркер, прилипают к электроду. Напряжение, подаваемое через электрод, генерирует электрический сигнал в каждом шарике с биомаркером, который затем преобразуется в информацию об уровне концентрации биомаркера.

Интегрированный автоматизированный дизайн

Традиционные анализаторы, которые обнаруживают белковые биомаркеры, представляют собой громоздкие, дорогостоящие аппараты, которые требуют около миллилитра крови и дают результат в течение нескольких часов. В последние годы были разработаны портативные системы, для получения аналогичных результатов достаточно микролитров крови и примерно 30 минут времени.

Но такие лабораторные системы могут быть очень дорогими, поскольку содержат оптические компоненты для обнаружения биомаркеров. Они также захватывают лишь небольшое количество белков, многие из которых входят в число наиболее распространенных в крови. Любые попытки снизить стоимость, уменьшить количество компонентов или увеличить количество белков негативно влияют на их чувствительность.

В своей работе исследователи хотели сократить компоненты анализа на основе магнитных шариков, которые часто используются в лабораториях, помещенных в автоматическое микрофлюидное устройство, площадь которого составляет несколько квадратных сантиметров.

Шарики покрыты антителом, которое захватывает IL-6, а также катализирующим ферментом. Шарики и образец крови вводятся в устройство, попадая в «зону анализа», которая представляет собой петлю. Вдоль контура расположен перистальтический насос, обычно используемый для управления жидкостями, с клапанами, автоматически управляемыми внешним контуром. Открытие и закрытие клапанов в определенном порядке продвигает кровь и шарики для смешивания. Примерно через 10 минут белки IL-6 связываются с антителами на гранулах.

Автоматическая перенастройка клапанов в это время продвигает смесь в меньшую петлю, называемую «зоной обнаружения». Крошечный магнит собирает шарики, а затем отправляет их вокруг петли. Примерно через 10 минут шарики прилипают к электроду, покрытому антителом, которое притягивает IL-6. В это время раствор поступает в петлю и вымывает пустые шарики, а шарики с белком IL-6 остаются на электроде.

Когда в раствор подается напряжение, каждый оставшийся шарик генерирует небольшое электричество. Метод амперометрии преобразует этот ток в читаемый сигнал. Устройство подсчитывает сигналы и рассчитывает концентрацию IL--6.

Задача врача – поместить образец крови с помощью пипетки, нажать на кнопку и через 25 минут получить информацию о концентрации IL-6.

Устройству достаточно пяти микролитров крови, что составляет около четверти объема крови, обычно берущейся из пальца. Устройство фиксирует концентрацию IL-6 до 16 пикограмм на миллилитр, это ниже концентраций, говорящих о сепсисе, значит, устройство достаточно чувствительно, чтобы обнаружить клинически значимую концентрацию.

Многообещающие возможности

Устройство имеет восемь отдельных микрофлюидных каналов для одновременного измерения как можно большего количества различных биомаркеров или образцов крови. В отдельных каналах можно использовать разные антитела и ферменты для обнаружения разных биомаркеров или разные антитела в одном и том же канале для обнаружения нескольких биомаркеров одновременно.

BioChip-Sensor.jpg

Исследователи планируют создать устройство для комплекса важных биомаркеров сепсиса, включая интерлейкин-6, интерлейкин-8, С-реактивный белок и прокальцитонин. Но на самом деле нет предела тому, сколько разных биомаркеров может измерить устройство для любой болезни, поскольку платформа позволяет увеличить физическую площадь устройства и спроектировать больше каналов, чтобы обнаруживать столько биомаркеров, сколько потребуется.

Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT: Microfluidics device helps diagnose sepsis in minutes.


Читать статьи по темам:

биочипы ранняя диагностика биомаркеры Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Гидрогелевый биочип для диагностики рака

В основе разрабатываемой авторами методики лежит определение сразу нескольких молекулярных маркеров рака молочной железы и рака яичников с помощью так называемых гидрогелевых биочипов.

читать

Интегральная диагностика: всё о вашем здоровье по капле крови за 10 минут

Австралийская компания Integrated Diagnostics разрабатывает чип для экспресс-анализа тысяч белков крови – биомаркеров, ассоциированных с состоянием здоровья и различными заболеваниями.

читать

Микрочипы для ранней диагностики рака

Одна из главных задач в борьбе с раком – ранняя диагностика опухоли. Ещё лучше – предсказать возникновение заболевания заранее. Этому могут помочь микрочипы на основе синтетических антигенов.

читать

Биочип для ранней диагностики рака и не только

Например, при диагностике заболеваний верхних дыхательных путей содержащиеся в мазке из полости рта пациента антитела или ДНК связываются с нанесенными на биочип молекулами. После обработки лунки биочипа, в которых произошло такое связывание, начинают светиться.

читать

«Липучка» для опухолевых клеток

Новый метод выявления опухолевых клеток в кровотоке позволит улучшить раннюю диагностику метастазирования и мониторинг результатов лечения рака.

читать

"Госпиталь" на чипе может повысить выживаемость на поле боя

Имплантированная «интеллектуальная аптечка» будет анализировать состав биологических жидкостей, а при изменениях, характерных для типовых ранений (травма, шок, повреждение или контузия мозга) – автоматически вводить соответствующий медикамент.

читать