Lekárske laboratórium na čipe vykoná naraz 32 patologických testov
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 13. 2. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Výskumníci použili bežné komponenty na vytvorenie senzorového zariadenia, ktoré je nielen nákladovo efektívne, no dokáže rýchlo odhaliť až 32 rôznych patogénov. Má pritom citlivosť na rovnakej úrovni ako najmodernejšie biosenzory používané v patologických laboratóriách. Nové zariadenie by mohlo mať celý rad aplikácií, od monitorovania účinnosti liečby rakoviny až po predpovedanie priebehu vírusových ochorení.
Včasná diagnostika chorôb prospieva pacientom aj lekárom. Umožňuje liečbou spomaliť progresiu ochorenia a znižuje riziko komplikácií, čím zlepšuje dlhodobé zdravotné výsledky. Tím z výskumného laboratória Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) v Nemecku s predstihom na včasnú diagnostiku použil bežne dostupné komponenty na skonštruovanie nákladovo efektívneho zariadenia veľkosti dlane, ktoré dokáže odhaliť 32 rôznych patogénov súčasne.
Na vytvorenie svojho nového zariadenia si výskumníci požičali z oblasti elektroniky, pričom ako základný koncept použili tranzistory s efektom poľa (Field-Effect Transistors - FET). Tie používajú elektrické pole na riadenie toku prúdu v polovodiči. Existujú tri komponenty: zdroj, brána a odtok. Privedením napätia na povrch brány sa mení jej elektrický potenciál a riadi tok prúdu medzi zdrojom a odtokom.
Zariadenie je „napájané“ iba vtedy, keď napätie brány dosiahne určitú prahovú hodnotu. Rôzne patogény vytvárajú rôzne elektrické potenciály, a teda aj rôzne prúdy. Rakovinové bunky napríklad produkujú prúd odlišný od vírusu chrípky. Žiadna významná zmena v prúde znamená, že sa na povrch senzora (brány) nenaviazali žiadne biomolekuly relevantné pre ochorenie a naopak.
Hlavnou nevýhodou tradičných biosenzorov na báze FET je to, že testovacie povrchy nie sú opätovne použiteľné. To si vyžaduje, aby bol celý tranzistor po použití zlikvidovaný, čo je nákladné a nie je veľmi šetrné k životnému prostrediu. Na vyriešenie tohto problému výskumníci použili samostatnú elektródu pripojenú k bráne tranzistora na meranie zmien elektrického potenciálu.
„To nám umožňuje použiť tranzistor viackrát,“ povedala Larysa Barabanová, zodpovedajúca autorka štúdie. „Bránu oddeľujeme a označujeme ju ako „predĺžená brána“, čo je teda rozšírenie testovacieho systému.“
Na ďalšie zlepšenie svojho systému vedci vytvorili predĺženú bránu s 32 testovacími podložkami schopnými odhaliť viacero patogénov.
„Samozrejme, chceli by sme, aby tento systém vykonal niekoľko analýz súčasne,“ povedala Barabanová. „To znamená, že vzorka môže byť testovaná súčasne na každej z podložiek na iný patogén.“
Výskumníci použili svoje zariadenie na testovanie interleukínu-6 (IL-6), proteínu produkovaného v reakcii na infekcie a poranenia tkaniva. Je to užitočný marker aktivácie imunitného systému a môže byť zvýšený pri zápaloch, infekciách, autoimunitných poruchách, kardiovaskulárnych ochoreniach a niektorých druhoch rakoviny.
„Či už ide o obyčajnú nádchu alebo rakovinu, koncentrácia IL-6 sa mení,“ povedala Barabanová. „Rôzne choroby, ako aj rôzne štádiá choroby vytvárajú rôzne klinické obrazy. Preto je IL-6 veľmi vhodný ako marker.“
Tím zistil, že použitie hotovej súpravy nanočastíc navrhnutej pre výskumníkov na pridanie zlatých nanočastíc, ktoré koncentrujú alebo lokalizujú náboj a zosilňujú napäťový signál, zlepšili citlivosť zariadenia.
„Citlivosť testov je podstatne vyššia, ako keď pracujeme bez nanočastíc,“ dodala Barabanová.
Vedci ďalej zistili, že ich zariadenie prináša výsledky rýchlo a dosahuje hodnoty citlivosti a limitu detekcie porovnateľné s najmodernejšími biosenzormi na báze FET. Zariadenie malo skutočne výrazne nižší limit detekcie, definovaný ako najnižšiu koncentráciu analytu vo vzorke, ktorú možno konzistentne detegovať, zvyčajne s 95 % istotou, v porovnaní so štandardnou metódou ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay), ktorú laboratóriá bežne používajú na detekciu protilátky v krvi.
Výskumníci tvrdia, že ich nákladovo efektívne biosenzorické zariadenie má celý rad potenciálnych aplikácií, od monitorovania postupu imunoterapie u pacientov s rakovinou až po predpovedanie závažnosti a priebehu vírusového ochorenia, ako je chrípka alebo COVID-19.
Štúdia bola nedávno publikovaná v magazíne Biosensors and Bioelectronics.
