Исследователи из Инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе разработали пластырь с микроиглами, который наклеивается на кожу и улавливает интересующий биомаркер из межклеточной жидкости. Он обладает высокой чувствительностью, позволяя клиницистам обнаружить присутствие даже малое количество определяемого вещества.
В клинике часто производится забор крови для отслеживания биомаркеров заболевания: антител, которые сигнализируют о вирусной или бактериальной инфекции, или цитокинов, указывающих на воспаление. Но эти биомаркеры присутствуют не только в крови, их также можно обнаружить в межклеточной среде.
Исследователи создали пластырь с микроиглами, который благодаря беспрецедентной чувствительности позволяет клиницистам определять присутствие биомаркеров в интерстициальной жидкости.
Для его использования не требуется специальных навыков, анализ может выполняться на дому самими пациентами.
Помимо низкой стоимости и простоты использования, пластыри с микроиглами имеют еще одно преимущество – в отличие от традиционной процедуры забора крови они почти безболезненны.
Принцип работы пластыря с микроиглами похож на анализ крови, однако вместо того, чтобы использовать раствор для поиска и количественной оценки биомаркера в крови, микроиглы непосредственно захватывают его из дермальной интерстициальной жидкости (interstitial fluid, ISF). После захвата биомаркеры качественно и количественно обнаруживаются с помощью флюоресценции.
ISF – богатый источник разных биомолекул, от нейромедиаторов до клеточных отходов. Обычный анализ биомаркеров требует извлечения ISF из кожи. Этот метод сложен, и обычно количество ISF, которое можно получить, недостаточно для анализа. Это было серьезным препятствием для разработки технологии биодатчика на основе микроигл.
Новый метод включает прямой захват биомаркеров из ISF без необходимости извлечения самой ISF. Но перед исследователями возникла проблема: очень трудно уловить достаточное количество биомаркера, чтобы обнаружить его потом с помощью традиционного анализа.
Они использовали «секретное оружие» – так называемые плазмонные флюоры, которые представляют собой ультраяркие флюоресцентные метки. Плазмонные флюоры усиливают сигнал целевого биомаркера, делая его свечение примерно в 1400 раз ярче и позволяя обнаруживать даже при низких концентрациях. Так, если раньше концентрация биомаркера должна была составлять порядка нескольких микрограммов на миллилитр жидкости, то с новым пластырем исследовательская группа смогла обнаружить биомаркеры в количестве нескольких пикограмм на миллилитр – это на порядок чувствительнее.
Новый пластырь с микроиглами поможет отслеживать уровень антител в организме, что особенно важно в условиях пандемии – ведь исследователям, работающим над вакцинами против COVID-19, необходимо знать, вырабатываются ли нужные антитела и как долго они сохраняются в организме. Простой в использовании пластырь будет полезен также в экстренных случаях: например, при подозрении на инфаркт миокарда он быстро определит уровень специфического биомаркера тропонина и позволит выбрать тактику ведения пациента. Для людей с хроническими заболеваниями, требующими регулярного наблюдения, пластыри с микроиглами помогут сократить количество посещений больницы, сэкономив деньги, время и силы. В лаборатории использование этой технологии может ограничить количество животных, необходимых для исследований, в которых требуется несколько последовательных измерений, чтобы зафиксировать рост или снижение уровня биомаркеров.
Пластыри практически безболезненны, так как проникают в ткани кожи примерно на 400 микрон и даже не касаются нервных окончаний.
Авторам еще предстоит большая работа: нужно определить клинические пороги, то есть диапазон биомаркеров в ISF, который соответствует нормальному и патологическому уровню. Исследовательская группа также работает над методами доставки пластырей в отдаленные регионы со сложными климатическими условиями.
Статья Z.Wang et al. Microneedle patch for the ultrasensitive quantification of protein biomarkers in interstitial fluid опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам Washington University in St. Louis:
No more needles?
