Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Биомолтекст2020
  • vsh25
  • Vitacoin

Мониторинг концентрации препаратов в крови on-line

Миниатюрное устройство, разработанное исследователями университета Калифорнии в Санта-Барбаре, в скором будущем позволит врачам назначать дозировку препаратов не наугад, а на основании биологических особенностей организма пациента.

Традиционно специалисты фармацевтических компаний определяют рекомендуемые дозировки лекарственных препаратов на основании результатов множества лабораторных тестов и клинических исследований. Однако эффективность медикаментозного лечения зависит от поддержания стабильной терапевтической концентрации препарат в организме. Добиться этого, к сожалению, не так просто.

По словам одного из разработчиков профессора Кевина Плакско (Kevin Plaxco), на сегодняшний день принципы подбора протоколов лечения достаточно примитивны. Они основываются на возрасте и массе тела пациента и не принимают во внимание никаких специфических реакций организма. Концентрация препарата в организме зависит от особенностей метаболизма пациента, других принимаемых им препаратов и даже от употребляемой им пищи. В комплексе с примитивным характером современных протоколов дозирования эта вариабельность может быть достаточно опасна при приеме лекарств с узкими диапазонами терапевтической концентрации, в особенности противоопухолевых химиопрепаратов. В результате и врачи, и пациенты вынуждены балансировать на тонкой грани между эффективностью и токсичностью.

Разработанное авторами устройство, получившее название MEDIC (от англ. Microfluidic Electrochemical Detector for In vivo Continuous monitoring – микрожидкостной электрохимический детектор для непрерывного мониторинга in vivo), значительно приближает к реальности возможность регистрации биологических реакций пациента на принимаемые им препараты.

Он позволяет непрерывно в режиме реального времени определять концентрации определенных молекул в небольшом количестве крови. Доступность такой информации в будущем может в прямом смысле слова персонализировать медицину.

MEDIC состоит из микрожидкостной камеры, на поверхность который нанесены золотые электроды, покрытые искусственными цепочками ДНК – аптамерами, выполняющими функцию распознавания. При взаимодействии молекулы-мишени с соответствующим аптамером цепочка ДНК оборачивается вокруг нее. В результате электроны с конца цепочки переносятся на основание аптамера. Формирующийся в результате слабый электрический импульс сигнализирует о присутствии молекулы-мишени.

Более ранние версии устройства быстро утрачивали функциональность из-за прилипавших к сенсорам белковых компонентов крови. Эту проблему удалось решить путем создания в камере второго потока из жидкого буфера, омывающего сенсоры и не смешивающегося с потоком крови. Буфер выступает в качестве фильтра, задерживающего крупные компоненты крови и пропускающего малые молекулы к сенсорам.

MEDIC осуществляет замеры концентраций определенных соединений в крови (схема из статьи в Science Translational Medicine).
(А) Чип MEDIC соединяется с кровотоком пациента для оценки фармакокинетики лекарственного препарата.
(В) Аптамерный зонд, прикрепленный к золотому электроду. Связывание мишени (зеленого цвета) индуцирует обратимое изменение конформации молекулы зонда, усиливающую интенсивность переноса электронов между электрохимическим окислительно-восстановительным генератором (голубого цвета) и микроэлектродом, что обеспечивает возникновение регистрируемого электрического заряда, показывающего изменение концентрации препарата в реальном времени (вверху справа).
(C) Диффузионный фильтр, сформированный наложенными друг на друга ламинарными потоками буфера (голубого цвета) и крови (красного цвета) обеспечивает доступ молекул-мишеней к молекулам-зондам и исключает помехи со стороны крупных белковых молекул.
(D) Наличие сигнала (красного цвета) и отсутствие сигнала (голубого цвета) обеспечивают значительное смещение в ответ на воздействие мишени (фиолетового цвета). Кинетическое дифференциальное измерение (зеленого цвета) повышает точность оценки силы тока в реальном времени путем минимизации смещения и увеличения отношения сигнал/шум.

Тестирование нового устройства в лабораторных условиях продемонстрировало его высокую эффективность. Оно предоставляло точные данные о концентрации молекул-мишеней в крови в течение нескольких часов. Более того, его исключительная избирательность обеспечивала регистрацию концентрации только молекул-мишеней даже при использовании комплекса препаратов.

На сегодняшний день MEDIC находится на ранних стадиях клинических исследований и его одобрение для практического использования может быть получено не раньше чем через несколько лет. Однако разработчики уверены в его большом будущем. Помимо повышения эффективности использования существующих лекарственных препаратов, MEDIC может быть полезен и для фармацевтической промышленности. Дело в том, что многие экспериментальные препараты не проходят фазу 3 клинических исследований, целью которой является проверка действия препарата в отношении общей популяции пациентов. Непрерывный мониторинг в реальном времени позволит повысить эффективность препаратов путем индивидуального подбора дозировки.

Более того, биосенсоры на основе аптамеров относительно просты в производстве и их можно использовать для мониторинга белков, являющихся индикаторами заболеваний. А несколько слоев таких биосенсоров в составе одного устройства можно применять для одновременного мониторинга нескольких молекул-мишеней.

Следующим этапом работы является дополнение MEDIC механизмом обратной связи и устройством автоматического введения препаратов в оптимальной дозировке, определяемой на основании результатов мониторинга. Примером подобной системы, в разработке которой авторы принимали участие, является искусственная поджелудочная железа, в настоящее время проходящая клинические исследования с участием пациентов с сахарным диабетом 1 типа.

Статья B. S. Ferguson et al. Real-Time, Aptamer-Based Tracking of Circulating Therapeutic Agents in Living Animals опубликована в журнале Science Translational Medicine.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UC Santa Barbara: Live Feed into Our Bodies.

24.01.2014

Читать статьи по темам:

биосенсоры персонализированная медицина экспресс-диагностика Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Биосенсорные технологии молекулярной диагностики для персонифицированной медицины

Проект «Биосенсорные технологии молекулярной диагностики для персонифицированной медицины» получил статус участника инновационного центра «Сколково». Начало серийного производства биосенсоров запланировано на 2014 год.

читать

Биомедицина сегодня и завтра

О настоящем и будущем биомедицины рассказывает обозреватель «МК».

читать

Батарейка, растворимая без осадка

Использование «съедобных» батарей не ограничивается только «умными» таблетками. Они могут стать источником энергии для других «съедобных» медицинских устройств, снабженных различными датчиками и камерами.

читать

Бегуны со встроенными датчиками

В них встроены специальные датчики, отслеживающие множество параметров, которые собирают информацию и в режиме реального времени передают ее по модулю Bluetooth на смартфон или компьютер для дальнейшей оценки самим спортсменом или врачами.

читать

Имплантируемые радиочипы в рулонах

Коллектив корейских ученых разработал и продемонстрировал гибкие схемы с большим уровнем интеграции на основе кремния, предназначенные для биомедицинских беспроводных коммуникаций.

читать

Три раза по десять

Бумажный сенсор себестоимостью в 10 центов способен за 10 минут определить пикомолярные концентрации биомолекул в пробе сыворотки крови объёмом 10 микролитров.

читать