Природа вдохновляет на создание диагностических систем.

Специалисты в области биоинженерии из Калифорнийского Университета Санта-Барбары (University of California - Santa Barbara) (США) и Римского Университета Tor Vergata (University of Rome Tor Vergata) (Италия) разработали недорогой диагностический метод, требующий всего лишь нескольких минут для анализа инфекций, передающихся половым путем (ИППП), аллергии, аутоиммунных заболеваний и прочих болезней. По мнению авторов исследования, новая технология, позволяющая проводить анализ прямо «у постели больного», может внести значительный вклад в мировое здравоохранение.

Новая тест-система была разработана исследовательской группой под руководством Кевина В. Плакско (Kevin W. Plaxco), профессора кафедры химии и биохимии (Department of Chemistry and Biochemistry) Калифорнийского Университета. Ученый отметил, что, несмотря на мощность нынешних диагностических тест-систем, их значительный недостаток заключается в том, что они по-прежнему требуют сложной лабораторной диагностической процедуры.

«В большинстве случаев пациентам приходится ждать несколько дней или даже недель для того, чтобы получить результаты анализа большинства инфекций, - говорит Плакско, - Образец крови отправляется в лабораторию, где анализируется квалифицированными сотрудниками, а затем результаты пересылаются обратно в кабинет врача. Если мы сможем «перенести» сам процесс анализа к месту процедуры, это сократит промежуток времени между анализом и лечением, что может повысить эффективность медицинского вмешательства и, в случае с ИППП и подобными заболеваниями, будет способствовать сокращению распространения инфекции».

Ключевым моментом, лежащим в основе технологии, стало наблюдение за естественными процессами: «Все живые организмы от бактерии до человека «сканируют» окружающую среду, используя «молекулярные «переключатели», сигнализирующие о присутствии специфических веществ путем изменения своей структуры, - рассказывает Алексис Вали-Белизль (Alexis Vallée-Bélisle), научный сотрудник, первый автор публикации, - К примеру, на поверхности нашей клетки существуют миллионы рецепторов, которые в ответ на воздействие определенных молекул активируются (переключаются с пассивного состояния на активное). Рецепторы способны распознавать множество разных молекул. Преимущество таких переключателей заключается в том, что они способны точно работать в очень сложных условиях окружающей среды, таких как кровоток».

Группа исследователей под руководством Плакско совместно с соавтором публикации Франческо Риччи (Francesco Ricci) из Римского Университета сконструировала искусственные молекулярные переключатели, которые сигнализируют о своем состоянии посредством изменения электрического тока. Это изменение можно измерить при помощи недорогой электроники, сходной с таковой в домашнем глюкометре – приборе, позволяющем больным сахарным диабетом исследовать уровень сахара в крови. Используя подобные нанопереключатели, создание которых было подсказано самой природой, исследователи смогли определить антитела против ВИЧ в кровотоке менее чем за пять минут.

«Большим преимуществом электрохимических «переключателей» является то, что подходящие для них принципы чувствительности могут быть применимы ко многим мишеням, что позволит создавать недорогие устройства, способные определять десятки маркеров заболеваний менее чем за 5 минут непосредственно в кабинете врача или даже дома», – рассказывает Риччи.

Тем не менее, по прогнозам исследователей, выход изобретения на рынок может занять несколько лет.

Работа проведена при поддержке Национальных Институтов Здоровья (National Institutes of Health) (США), Фонда Исследования Природы и Техники Квебека (Fond Québécois de la Recherche sur la Nature et les Technologies) (Канада), Итальянского Министерства Образования и Науки (Italian Ministry of University and Research, MIUR) и др. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society.

Ученые создали синтетические молекулярные переключатели, позволяющие быстро детектировать диагностически значимые антитела. Электрохимические переключатели (красного цвета) распознают специфические антитела (зеленого цвета) непосредственно в крови пациента. После связывания с антителом переключатель открывает и высвобождает сигнальный элемент с поверхности подлежащего электрода. Это приводит к изменению сигнала, что легко детектируется с помощью недорогих приборов наподобие домашних глюкометров. (фото: Peter Allen)

По материалам University of California - Santa Barbara

Оригинальная статья:
Alexis Vallée-Bélisle, Francesco Ricci, Takanori Uzawa, Fan Xia, Kevin W. Plaxco. Bioelectrochemical Switches for the Quantitative Detection of Antibodies Directly in Whole Blood. Journal of the American Chemical Society, 2012; 134 (37): 15197 DOI: 10.1021/ja305720w