Штрихкодовый тестер крови – скоростная минилаборатория для трудного анализа крови
Изменения в составе белков плазмы крови способны многое рассказать о состоянии организма. Часто они рапортуют о той или иной хвори (рак, заболевания сердца). Для медиков профиль белков — печальная книга тела. Вот только клинические тесты по широкой гамме этих соединений проводятся редко. Дорого да и длинно. Всё может изменить новый чип.
Обычно доктора в госпиталях ограничиваются маленьким числом белков, выявляемых в
крови своих подопечных. Для проведения такого анализа из руки пациента берётся
энное количество крови, её устремляют в центрифугу для отделения плазмы, которую
затем тестируют на наличие интересующих медиков биомаркеров. Занимает этот
трудоёмкий процесс в лучшем случае часы, а стоимость тестового комплекта для одного
белка сочиняет $50.
А если их нужно проверить несколько десятков сразу? Легко! И дешевле в десятки
раз, чем с традиционными методами. Всё это можно сделать по новой технологии,
проходящей нынче первые клинические испытания. Причём на весь тест уходит всего
10 минут.
Лидер команды исследователей из Калифорнийского технологического института
Джеймс Хит (James Heath) разговаривает: "По мере того как развивается
персонализированная медицина, анализ великих групп белковых биомаркеров
становится всё более главным. Но эти тесты также обязаны стать очень дешёвыми. Мы
полагаемся, что IBBC позволят исполнять такие недорогие комплексные замеры"
Эта ясная разработка группы учёных из Калифорнийского технологического (Caltech)
и Института системной биологии (Institute For Systems Biology) именуется
"Комплексный штрихкодовый чип крови" (Integrated Blood-Barcode Chip — IBBC).
По сопоставленью с ним даже некоторые опытные наладонные лаборатории покажутся
великанами. Пластинка IBBC владеет размерами примерно как у предметного стекла
для микроскопа, да и сделана она тоже из стекла. Вернее, стекло тут — основа, на
которую нанесено силиконовое покрытие.
По общему принципу деяния IBBC во многом подсказывает давнишние генетический чип
и клеточный биочип.
Коль быстро мы желаем установить наличие определённых молекул (в нашем случае —
белков), нужно, чтобы весь поток прошёл через разветвлённую сеть специфических
ловушек, в которых остались бы только те молекулы, на которые эти ловушки
настроены. Дальше нужно сделать так, чтобы прореагировавшие ловушки засветились.
Тогда, посмотрев на чип под микроскопом, можно свериться с картой и узнать —
какие белки присутствуют в образчике.
В деталях, впрочем, в новой разработке имеется масса отличий от
предшественников. Но по порядку.
Капельку крови подают в очень тесный канал на поверхности чипа и под маленьким
давлением принуждают кровь пройти вглубь. От основного канала отступает множество
боковых, ещё более тонких. Клетки крови в них не могут протиснуться, а плазма
проходит свободно.
Теперь она оказывается в коридоре, который внешне подсказывает штрихкод: поперёк
этого русла лежит великое число полосок шириной 20 микрометров. Каждая полоска
"сидит и ждёт" свой специфический белок.
Вот и ещё одно отличие. Если в роли настроенных ловушек в упомянутых ранее
системах выступали мириады кратких отрезков одиночных спиралей ДНК,
захватывавших из образчика комплиментарные фрагменты кода, то в IBBC каждая
полоска штрихкода покрыта специфическими антителами, притягивающими только один
определённый белок.
После того как кровь прореагировала с полосками, чип отправляют на "проявку".
Тогда те полоски, что словили белки, начинают флуоресцировать красным, причём
тем интенсивнее, чем больше молекул-биомаркеров они собрали.
Весь прореагировавший чип выглядит как набор штрихкодов, однозначно
показывающий, сколько и каких белков присутствует в плазме. (Детали можно найти
в статье создателей IBBC в Nature Biotechnology.)
Сейчас, чтобы прочитать этот штрихкод крови, учёные пользуются лабораторным
сканером, тем же, что применяется для генетических исследований. Но, по словам
соучастников проекта, в будущем чтение чипов IBBC можно будет исполнять при подмоги
маленького приборчика, сходного по облику с ручным сканером штрихкодов в кассах
супермаркета.
Тут мы видим центральный канал более крупно. По нему бегают клетки крови, а
плазма отделяется и уходит в три (на данном рисунке) боковых канала. Каждый из
них содержит полоски-ловушки. Цвета полосок означают различные белки, на которые
они нацелены. За захват молекул (на врезке) отвечают антитела, закреплённые на
поверхности полосок методом ДНК-гибридизации. "Проявка" чипа включает прибавленье
в него раствора со вторичными антителами, помеченными флуоресцентными маркерами.
Зелёная плоска в каждом коде является точкой отсчёта, она дозволяет точно
определять положение засветившихся полосок для их идентификации. Каждый
микроканал содержит от 30 до 50 полных штрихкодов, нацеленных на множество
белков. Концентрация интересующего медиков соединения определяется в среднем по
результатам считывания великого числа штрихкодов на чипе .
В пресс-релизе Калифорнийского технологического говорится, что Хит и его коллеги
построили несколько таких чипов, каждый из которых способен одновременно
исполнять отдельный анализ крови для восьми пациентов, да ещё и сразу по
нескольким десяткам белков. А в течение ближайшего года исследователи намерены
довести возможности IBBC до распознавания 100 различных белков одномоментно.
Если ещё и цена одного такого мультитеста окажется (при массовом выпуске чипов)
идентичной цене теперешнего анализа плазмы на один единственный белок (а учёные
разговаривают именно о такой цели проекта), то медики IBBC просто с руками оторвут.
Ну а пока американцы испытывают свой штрихкодовый тестер в некоторых больницах.
Так, при подмоги этого чипа им удалось проследить за меняющейся концентрацией в
крови гормона hCG у беременной женщины, причём в течение всей беременности. А
ведь в её ходе содержание hCG увеличивается в 100 тысяч раз. IBBC же не просто с
превосходной точностью показал концентрацию этого белка, но, что является
достижением, смог легко уловить его как в очень малых, так и в очень великих
"дозах". Такой широкий диапазон работы — плюс для метода. Ведь иные тесты либо
желанное вещество не улавливают, либо в конце концов их, наоборот,
"зашкаливает".
Также творцы технологии применили её для определения рака груди и предстательной
железы у ряда пациентов. "Типы и концентрации белков варьируются от хвори к
хвори, а также между различными личиками. Женщины с раком молочной железы,
например, будут генерировать иной набор биомаркеров по сопоставленью с мужчинами,
страдающими раком простаты, в то время как женщина с агрессивной формой рака
может "показать" белки, которые отличаются от женщины с менее смертоносной
формой", — извещают исследователи.
И те же концентрации специфических белков начинают меняться в ходе лечения, так
что IBBC является удобным монитором положительных сдвигов в состоянии больного.
Ещё высокая скорость получения результата позволит докторам применять штрихкодовый
чип для выявления реакции человека на новое лекарство — ведь происходящее в
организме будет видно "не сходя с места". А это означает, что план лечения может
стать более точным и более индивидуальным.
Занимательно, что одним из ключевых соучастников этого проекта является Лерой Худ (Leroy
Hood), президент Института системной биологии и одна из мировых знаменитостей в
области биотехнологий и секвенирования ДНК. Четыре года назад этот учёный
заявил, что благодаря биотехнологиям в течение следующих 30 лет мы станем
очевидцами роста средней продолжительности жизни человека на 10-20 лет; и что с
новыми приборами мы сможем исполнять по 10 тысяч различных медицинских тестов
одновременно всего по одной пробе крови из пальца.
Как видим, слова доктора Худа не расходятся с делом: он сам активно работает,
чтобы реализовать свой прогноз. Источник: Membrana.ru