Тест на антитіла до Covid-19: безболісний пластир з мікроголками перевіряє рідину між клітинами

Інженери Інженерної школи МакКелві при Університеті Вашингтона в Сент-Луїсі розробили пластир з мікроголками, який можна наносити на шкіру, захоплювати біомаркер з інтерстиціальної рідини й завдяки своїй безпрецедентній чутливості це дозволяє лаборантам виявляти присутність в організмі антитіл.


Забір крові не приносить задоволення

Це боляче. Вени можуть лопнути, а то й сховатися - наче вони теж намагаються уникати голки. Часто лікарі використовують зразки крові для перевірки на біомаркери захворювання: антитіла, які сигналізують про вірусну або бактеріальну інфекцію, такі як SARS-CoV-2, вірус, відповідальний за COVID-19; або цитокіни, що свідчать про запалення, яке спостерігається при таких станах, як ревматоїдний артрит та сепсис.

Однак ці біомаркери не просто в крові. Вони також можуть бути знайдені в щільному рідкому середовищі, яке оточує наші клітини, але в невеликій кількості, що ускладнює їх виявлення.  


До цього часу

Інженери Інженерної школи Маккелві при Університеті Вашингтона в Сент-Луїсі розробили пластир на мікроголках, який можна наносити на шкіру, фіксувати біомаркер і завдяки своїй безпрецедентній чутливості дозволяє лаборантам виявляти його присутність.
Ця технологія недорога, проста у використанні лаборантом або самими пацієнтами й може усунути необхідність поїздки до лікарні лише для забору крові.
Дослідження, проведене лабораторією Шріканта Сінгаманені, професора Ліліана та Е. Лісле Хьюз з кафедри машинобудування та матеріалознавства,  опубліковано в Інтернеті 22 січня в журналі Nature Biomedical Engineering.  
На додаток до низької вартості та простоти використання, ці мікроголчані пластирі мають ще одну перевагу перед забором крові, мабуть, найважливішу особливість для декого:
"Вони абсолютно безболісні", - сказав Сінгаманені.
Пошук біомаркера за допомогою цих пластирів на мікроголках подібний до аналізу крові.
Але замість того, щоб використовувати розчин для пошуку та кількісної оцінки біомаркера в крові, мікроголки безпосередньо захоплюють його з рідини, яка оточує наші клітини в шкірі, яка називається шкірною інтерстиціальною рідиною (ISF).
Після того, як біомаркери захоплені, вони виявляються таким же чином - за допомогою флуоресценції для позначення їх присутності та кількості. ISF - це багате джерело біомолекул, щільно наповнене всім, від нейромедіаторів до клітинних відходів.
Однак для аналізу біомаркерів у ISF звичайний метод, як правило, вимагає вилучення ISF зі шкіри. Цей метод є складним, і зазвичай кількість ISF, яку можна отримати, недостатня для аналізу.
Це стало основною перешкодою для розробки технології біосенсору на основі мікроголок.
Інший метод передбачає безпосереднє захоплення біомаркера в ISF без необхідності витягувати ISF.  Як показник на насиченому концерті та спроба пробитися вперед, біомаркер повинен маневрувати через переповнений динамічний ISF, перш ніж дістатися до мікроголок в шкірній тканині. За таких умов неможливо захопити достатню кількість біомаркерів, щоб побачити, використовуючи традиційний аналіз, непросто.
Але у команди є своєрідна секретна зброя: "плазмонові фтори", надяскрава флуоресцентна наномарка. У порівнянні з традиційними флуоресцентними мітками, коли аналіз проводився на мікроголчаному пластирі з використанням плазмонічного фтору, сигнал біомаркерів цільових білків сяяв приблизно в 1400 разів яскравіше і стає помітним навіть тоді, коли вони присутні в низьких концентраціях.
"Раніше концентрація біомаркеру повинна була складати близько декількох мікрограмів на мілілітр рідини", - заявив Чжею (Райан) Ван, аспірант лабораторії Сінгаманені та один з провідних авторів статті. Це далеко поза реальним фізіологічним діапазоном.
Але використовуючи плазмоновий фтор, дослідницькій групі вдалося виявити біомаркери порядку пікограм на мілілітр.
"Це на порядок чутливіше", - сказав Райан.
Ці пластирі мають безліч якостей, які можуть зробити реальний вплив на медицину, полегшити догляд за пацієнтами та дослідження. Вони дозволять постачальникам здійснювати моніторинг біомаркерів з часом, особливо важливо, коли мова йде про розуміння того, як формується імунітет при нових захворюваннях.
Наприклад, дослідники, які працюють над вакцинами проти COVID-19, повинні знати, чи виробляють люди правильні антитіла і як довго.
"Давайте застосуємо пластир, - сказав Сінгаманені, - і подивимося, чи є у людини антитіла проти COVID-19 і на якому рівні".
Також він корисний в екстрених випадках:
"Коли хтось скаржиться на біль у грудях і його доставляють до лікарні на швидкій допомозі, ми сподіваємось, що можна буде застосувати пластир", - каже Цзіньї Луан, студентка, яка нещодавно закінчила Лабораторію Сінгаманені та один із провідних авторів статті.
Замість того, щоб їхати до лікарні та брати кров, ЕМТ можуть використовувати пластир з мікроголками для тесту на тропонін, біомаркер, який вказує на інфаркт міокарда.
Для людей з хронічними захворюваннями, які вимагають регулярного моніторингу, пластирі на мікроголках можуть усунути непотрібні поїздки до лікарні, заощаджуючи гроші, час та уникнути дискомфорту. Пластирі майже безболісні.
"Вони заглиблюються приблизно на 400 мкм у шкірну тканину", - сказав Сінгаманені. "Вони навіть не торкаються сенсорних нервів".
У лабораторії використання цієї технології може обмежити кількість тварин, необхідних для досліджень. Іноді дослідження вимагають багато послідовних вимірювань, щоб зафіксувати припливи та відпливи біомаркерів - наприклад, для моніторингу прогресування сепсису. Іноді це означає багато дрібних тварин.
"Ми могли б значно зменшити кількість тварин, необхідних для таких досліджень", - сказав Сінгаманені. Наслідки величезні - і лабораторія Сінгаманені хоче переконатися, що всі вони досліджені.
За його словами, є багато роботи, “він повинен буде визначити клінічні граничні показники”, тобто діапазон біомаркерів у ISF, який відповідає нормальному та аномальному рівню.
"Нам доведеться визначити, які рівні біомаркеру є нормальними, які рівні є патологічними".
Його дослідницька група працює над методами доставлення на великі відстані та в суворих умовах, надаючи можливості для поліпшення охорони здоров’я на селі.
"Але ми не повинні робити все це самі", - сказав Сінгаманені.
Натомість ця технологія буде доступна фахівцям у різних областях медицини.
"Ми створили технологію платформи, яку може використовувати кожен", - сказав він. "І вони можуть використовувати його, щоб знайти біомаркер, що цікавить".

Ми не повинні робити все це самі
Сінгаманені та Еріка Л. Шеллер, доцент кафедри медицини кафедри хвороб кісток та мінералів Медичного факультету, спільно працювали над дослідженням концентрації біомаркерів у тканинах.
Сучасні підходи до такої оцінки вимагають ізоляції місцевих тканин і не дозволяють проводити послідовне та постійне обстеження. Сінгаманені та Еріка Л. Шеллер розробляють кращу платформу для досягнення довгострокового моніторингу концентрації місцевих біомаркерів.  

Працюючи разом
Шрікант Сінгаманені, професор Ліліан Е. Ліс Хьюз з кафедри машинобудування та матеріалознавства, і Джай С. Рудра, доцент кафедри біомедичної інженерії, працювали разом, щоб розглянути кокаїнові вакцини, які блокують здатність кокаїну проникати в мозок.
Сучасні кандидати на таку вакцину не дають довготривалих результатів; вони вимагають частого підсилення.
Сінгаманені та Рудра хотіли кращого способу визначити, коли наслідки вакцини припиняються.
"Ми показали, що за допомогою пластирів можна зрозуміти, чи виробляє людина все ще необхідні антитіла", - сказав Сінгаманені. "Забір крові не потрібен".  
за матеріалами Medical Xpress


27.01.2021 776
16.06.2025
Вікторія Матіїв

Журналістка Фіртки поспілкувалася з керівником Івано-Франківського театру Ростиславом Держипільським, щоб дізнатися, як театр живе і працює під час війни, як народжуються нові вистави, які міжнародні проєкти підтримують українське мистецтво, а також про виклики сучасності і непересічну силу мистецтва в непростий час.

1518
14.06.2025
Вікторія Матіїв

Напередодні Всесвітнього дня донора крові Фіртка поцікавилася, скільки прикарпатців регулярно здають кров, яка підготовка й процедура донації, розпитала у лікарки-трансфузіологині Прикарпатського обласного центру служби крові Марти Щирби, як на потреби крові вплинула війна.  

1139
12.06.2025
Тетяна Дармограй

У першому півріччі 2025 року мобілізацію на Івано-Франківщині проводили з використанням нових електронних систем та оновлених процедур. Які зміни в мобілізації діють та що ще планують удосконалити, розповідає Фіртка.

6490
10.06.2025
Павло Мінка

Калуш зіткнувся з енергетичною та екологічною кризою — мільйонні збитки та виснаження підземних вод загрожують питному водопостачанню міста.  

1752
05.06.2025
Олег Головенський

Про сучасні загрози, що потребують нової парадигми підготовки управлінців і фахівців та про нову освітню програму «Національна безпека», Фіртка поспілкувалася з куратором програми, професором кафедри публічного управління та адміністрування Василем Остап’яком.

2057
02.06.2025
Лука Головенський

Про репресії радянською системою українських науковців та лідерів визвольних змагань, про навчання і наукові дослідження Українського Вільного Університету в Мюнхені та його місію української культурної дипломатії Фіртка поспілкувалася з Ларисою Дідковською.  

3395 7

Глибше за інших пірнули гностики перших століть християнської ери. Вони дійшли принципового висновку: таємниця часу сусідить з таємницею Бога. Сусідить так близько, так щільно й невіддільно, що її пізнання майже напевно відкриває браму Творця, як найбільшої з таємниць.

238

Світ змінився до невпізнаваності зі стрімким розвитком технологій ми наче живемо у майбутньому. І водночас існують традиції, яким сотні років. Одна з таких  релігійних традицій — це шанування мощей святих у християнстві.

782

Ані висока освіченість, ані шляхетна спадковість, ані залучення до незлобивих віровчень не породжують усвідомленого гуманізму «просто так».

879

Звичайно знаковою подією у християнській сім`ї є перша сповідь і причастя дитини, але  цю важливу сакральну подію  батьки часто нівелюють, зміщуючи акценти з важливого на другорядне.  

1455
12.06.2025

Все більше людей відмовляються від дієт і переходять до інтуїтивного харчування — підходу, що вчить слухати тіло, а не рахувати калорії.  

525
08.06.2025

Здорове харчування не лише підтримує фізичний стан, а й допомагає залишатись стійкими перед труднощами та випробуваннями.  

1620
02.06.2025

На Прикарпатті завершується весняна посівна кампанія.  

1513
16.06.2025

У селі Гошів, що на Івано-Франківщині, на Ясній Горі розташований монастир Чину святого Василія Великого. Зокрема, на дзвіниці Гошівського монастиря знаходиться один з чотирьох карильйонів України.  

402
13.06.2025

Старий сидів біля оазису, біля входу в одне близькосхідне місто. До нього підійшов юнак і запитав...

3514
07.06.2025

Восьмого та дев'ятого червня християни відзначатимуть свято Трійці.  

3635
01.06.2025

У селі Гошів, що на Івано-Франківщині, на Ясній Горі розташований монастир Чину святого Василія Великого. Зокрема, на дзвіниці Гошівського монастиря знаходиться один з чотирьох карильйонів України.  

7214
16.06.2025

В Івано-Франківську з 15 по 20 червня відбуватиметься Шекспірівський фестиваль, організатором якого є Івано-Франківський національний академічний драматичний театр імені Івана Франка.   

414
19.06.2025

Депутати Верховної ради України 18 червня 2025 року підтримали в цілому законопроєкт № 11469 про множинне громадянство.   

144
16.06.2025

Більше довіряють Президенту мешканці Заходу — серед них 73% довіряють Володимиру Зеленському проти 61-63% в інших регіонах.  

923
15.06.2025

На думку прем'єр-міністра Польщі Дональда Туска, протистояння між Ізраїлем та Іраном переростає в повномасштабну війну в регіоні.  

350
10.06.2025

Більшість мешканців західних областей — 60% — усе ще готові терпіти війну стільки, скільки буде потрібно. Утім, це на 19% менше, ніж у лютому 2024 року.  

561