A St. Louis-i Washington Egyetem mérnöki karának kutatói kifejlesztettek egy olyan mikrotűs tapaszt, amely felvihető a bőrre, megragadja az érdeklődésre számot tartó biomarkereket, és rendkívüli érzékenységének köszönhetően lehetővé teszi a klinikusok számára, hogy észleljék jelenlétüket. A kutatás Srikanth Singamaneni professzor laboratóriumában készült az egyetem gépészmérnöki és anyagtudományi tanszékén, ismertetését a Nature Biomedical Engineering folyóirat publikálta.
A sejtek közötti nedv a diagnosztika aranytartaléka
A technológia olcsó, könnyen alkalmazható az orvosok, de akár a betegek számára is, ami feleslegessé teheti a rendelőintézeti vagy kórházi látogatást pusztán a vérvétel miatt. E mikrotűs tapaszoknak van még egy előnyük a vérvételhez képest, jelesül, hogy szinte fájdalommentesek .
A mikrotűs tapaszok által begyűjtött minták feldolgozása hasonló a vérvizsgálatból származó anyagok elemzéséhez. De ahelyett, hogy oldatot használnának a vérben lévő biomarkerek megtalálásához és megszámlálásához, a mikrotűk közvetlenül kiszűrik a keresett jelzőanyagokat a nedvből, amely sejtjeinket a bőrben körülveszi. Ebben a dermális intersticiális folyadékban (ISF) elfogott biomarkereket aztán a szokott módon detektálják, fluoreszcencia segítségével jelzik jelenlétüket és mennyiségüket - számolt be a Knowridge tudományos portál.
Az ISF a biomolekulák gazdag forrása, sűrűn tele van mindennel, a neurotranszmitterektől a sejtes hulladékig. Azonban a biomarkerek ISF-ben történő elemzéséhez a hagyományos módszer általában megköveteli az ISF bőrből történő kivonását. Ez a módszer nehéz, és általában a megszerezhető ISF mennyisége nem elegendő az elemzéshez. Ez komoly akadályt jelentett a mikrotű-alapú bioszenzációs technológia kifejlesztésében.
Biomarker horgászat
Egy másik módszer magában foglalja a biomarker közvetlen befogását az ISF-ben anélkül, hogy az ISF-et ki kellene vonni. A megoldandó feladat arra hasonlít, mint amikor valaki egy tömött koncertteremben hátulról előre akar jutni a színpadhoz. A biomarkereknek is át kell manőverezniük az ISF zsúfolt, dinamikus levesén, mielőtt elérnék a bőrszövetbe fúródott mikrotűt.
Ilyen körülmények között nem könnyű elkapni annyi biomarkert, hogy a minta hagyományos feldolgozási módszere használható legyen. De a kutatócsapat titkos fegyvereket is bevetett: a plazmonikus fluor miatt ultrafényes fluoreszcencens nanocímkéket. A hagyományos fluoreszcens jelölésekkel összehasonlítva, amikor a vizsgálatokat a mikrotűs tapaszon plazmonikus fluor alkalmazásával végezték el, a biomarkerek megcélzott fehérjéi körülbelül 1400-szor olyan fényes jellel ragyogtak és detektálhatóvá váltak, akkor is, ha alacsony koncentrációban voltak jelen.
Zheyu (Ryan) Wang, a cikk egyik vezető szerzője szerint korábban egy biomarker koncentrációjának a folyadékban néhány mikrogramm / milliliter nagyságrendűnek kellett lennie. Ez messze meghaladja a valós élettani tartományt. De a plazmonikus fluor alkalmazásával képesek voltak kimutatni a biomarkereket pikogramm / milliliter koncentráció mellett is. Ez egymilliószor nagyobb érzékenységet jelent.
Ezeknek a tapaszoknak (nem csak a Washington Egyetemen és a diagnosztikában, hanem máshol és más felhasználási területeken is kísérleteznek velük) számos olyan tulajdonságuk van, amelyek valódi hatást gyakorolhatnak az orvostudományra, a betegellátásra és a kutatásra. Például lehetővé tehetik az egészségügyi szolgáltatók számára, hogy az időben figyelemmel kísérjék a biomarkereket, ami különösen fontos, ha meg akarjuk érteni, hogy az immunitás miként alakul ki új betegségek esetén.
A COVID-19-oltások hatásossága is nyomon követhető az időben
Srikanth Singamaneni professzor és Jai S. Rudra orvosbiológus kutató együtt vizsgálta a kokain vakcinákat, amelyek blokkolja a kokainnak azt a képességét, hogy belépjen az agyba. Az ilyen oltások jelenlegi jelöltjei nem nyújtanak tartós eredményeket, gyakori megerősítést kívánnak. Singamaneni és Rudra jobb módszert akartak meghatározni annak kimutatására, hogy a vakcina hatása mikor csengett le . "Megmutattuk, a tapaszokat használhatjuk annak megértésére, hogy egy személy továbbra is termeli-e a szükséges antitesteket. És ehhez nincs szükség vérvételre" - mondta Singamaneni. A professzor szerint a COVID-19 elleni antitestek termelése is ellenőrizhető a tapasz segítségével.
A tapasz vészhelyzetben is hatékony lehet. Ha valakit mellkasi fájdalmakkal mentővel kórházba visznek, a kutatók azt remélik, hogy az elsődleges ellátás közben a tapaszt fel lehet használni. Ahelyett, hogy kórházba kellene menni és vért kellene venni, a mentősök mikrotűs tapasszal tesztelhetik a troponint , a miokardiális infarktusra utaló biomarkert.
De a mikrotűs tapaszok azoknak a krónikus betegségben szenvedőknek is jó szolgálatot tehetnek, akiknek rendszeres ellenőrzésre van szükségük, hiszen az otthonukban vehetik le a szükséges mintákat. A tapaszok szinte fájdalommentesek, mert csak körülbelül 400 mikron mélységig hatolnak be a bőrszövetbe, amivel még nem gyakorolnak hatást az érzékszervekre - állítja Singamaneni.
Ezt a platformot bárki használhatja az orvostudományban
Az ISF-ből kinyerhető biomarkerek száma hatalmas. Mivel eddig ezen a területen csak korlátozott diagnosztikai kutatás folyt, most kell lerakni az alapokat. Meg kell határozni a klinikai határokat, vagyis az ISF biomarkerek tartományait, amelyek megfelelnek a normálisnak, illetve amelyeken kívül már kóros állapotról van szó - hívta fel a figyelmet a professzor. Egy olyan technológiai platformot hoztak létre, amelyet bárki használhat az orvostudomány különböző területein, így a szakértők határozhatják meg a számukra érdekes ISF biomarkerek tartományait.
A kutatócsoport azon is dolgozik, hogy a teszteket milyen módszerekkel lehet szállítani nagy távolságokra és zord körülmények között, ami komoly lehetőséget kínál a vidéki egészségügy javítására. Végül pedig e technológia használata a laboratóriumokban is változásokat hozhat, mert kevesebb állatot tesz szükségessé a kutatáshoz.
Az eredeti, teljes cikk a Novo Sapiens tudományos hírmagazinban jelent meg .
