Группа российских ученых разработала новый анализ, который можно использовать в составе диагностических мероприятий, проводимых где угодно, для постановки таких различных диагнозов, как острый инфаркт миокарда, сепсис и беременность.
Иммунохроматографический анализ определяет не только присутствие вещества в образце, но и его количество путем визуализации его концентрации с помощью наночастиц золота. Исследователи описали, как можно использовать наночастицы золота в качестве меток с целью улучшения точности латерального иммуноанализа в работе, опубликованной в журнале «Нано-микро Леттерс» (Nano-Micro Letters) в декабре.
По словам Александра Осипова, ученого из Национального исследовательского технологического университета МИСиС в Москве, другие тесты, основанные на иммунохроматографии, обычно опираются на переносное оборудование, которое определяет интенсивность цветов. И использование таких инструментов увеличивает время, необходимое для диагностики.
Способ Осипова, напротив, может использоваться прямо на месте обследования больного, будь то машина скорой помощи или даже дом пациента, а результат известен уже через пять-десять минут.
Национальный Университет МИСиС сейчас ищет возможность передать технологию заинтересованным партнерам для ее коммерциализации.
«Мы сейчас обсуждаем возможности производства этих тестов с несколькими российскими диагностическими компаниями, чтобы передать им нашу технологию», — сказал Осипов. Он отметил, что один потенциальный партнер, московская фирма, уже производит качественные визуальные иммунохроматографические тесты для определения концентрации простатического специфического антигена. «Конечно, мы очень заинтересованы не только в российских, но и в международных партнерах», — добавил он.
«Мы разработали простой, неинструментальный вариант количественного иммунохроматографического анализа, при проведении которого концентрация аналита определяется не путем измерения яркости тестовых линий, а посредством визуального подсчета числа тестовых линий в аналитической зоне на мембране, — рассказал Осипов. — Число тестовых линий дает вам возможность определить количество аналита в пределах разных диапазонов концентрации».
Осипов, старший научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов МИСиС, несколько лет работал над платформой, сочетающей принципы количественной и качественной иммунохроматографии в одном тесте.
Команда Осипова разработала тест-полоски, которые содержат гибридные молекулы, помеченные наночастицами золота или квантовыми точками антител. Каждая тест-полоска имеет ширину от четырех до шести миллиметров и длину примерно в семь миллиметров и состоит из нескольких пористых мембран, закрепленных на пластиковой подложке и прилегающих друг к другу.
По его словам, жидкость, которая содержит анализируемое вещество, двигается по этим мембранам за счет капиллярного эффекта. Он отмечает, что эти пористые мембранные носители содержат заранее иммобилизованные в них реакционные компоненты, позволяющие выявлять наличие в анализируемой смеси определяемого соединения по окрашиванию тестовой зоны аналитической области мембраны.
Чем выше содержание целевого вещества или маркера в образце, тем больше будет число окрашенных линий. Следовательно, этот способ не только качественный, поскольку он определяет не только присутствие маркера или вещества, но и количественный, так как позволяет тем, кто его применяет, определять концентрацию маркера или вещества в образце.
Изобретатели получили патент на эту технологию в России, но не добились для нее защиты где-нибудь еще. Патент RU2510510C1, «Тест-система для полуколичественного иммунохроматографического анализа», описывает пластиковую подложку с поверхностью, покрытой аналитической мембраной, на которой «сформировано от 2 до 10 дискретных параллельных тестовых линий путем предварительного нанесения на мембрану растворов вторых специфических моноклональных антител против определяемого соединения, причем концентрация антител последовательно возрастает от линии к линии».
Такой подход может находить различные применения, наиболее очевидным из которых представляется определение беременности, которое уже сейчас может проводиться с помощью иммунохроматографии, но пока что дает лишь ответ «да» или «нет». Новый подход, учитывая его способность измерять концентрацию, может дать больше информации.
«Такой подход при анализе хорионического гонадотропина человека в моче позволяет определять не только наличие, но и срок беременности, — говорит Осипов. — Например, одна линия может соответствовать одной неделе беременности, две линии — двум неделям беременности и так далее».
Еще одно применение, которое в числе первых приходит в голову, — это диагностика острого инфаркта миокарда.
Осипов отметил, что белки, связывающие жирные кислоты, часто измеряют, чтобы диагностировать сердечные приступы, так как концентрация белков FABP значительно возрастает при повреждении миокарда. Он рассказал, что определяя наличие и количество FABP и других сердечных маркеров, таких как тропонин I, с помощью этого теста, врачи смогут «повысить эффективность своих диагнозов… и идентифицировать скрытые формы инфарктов».
По словам Осипова, его команда разработала иммунохроматографическую систему для одновременного определения наличия белков FABP, связанных с ранними стадиями инфаркта, и тропонина I, который характерен для более поздних стадий.
Одним из преимуществ технологии Осипова стало использование наноразмерных частиц золота или квантовых точек в конъюгате с антителами в виде так называемых «нанооболочек», «звезд», «попкорна», «цветов». Пространство, организованное такими формами на тест-полоске, позволяет значительно улучшить количественное определение анализируемого вещества в образце.
«В зависимости от условий проведения теста можно варьировать не только количество, но и диапазоны определенных концентраций, — рассказал Осипов. — Использование золотых наночастиц разных форм… дает нам возможность повысить точность анализа и сформировать желаемые диапазоны концентраций аналитов».
Именно эта особенность «принципиально важна» при анализе маркеров ряда смертельно опасных заболеваний, например, прокальцитонина для выявления сепсиса и бактериальных инфекций, отметил Осипов. «При количестве прокальцитонина 0,5-2 нг/мл можно заподозрить инфицирование человека вирусами», — сказал он. В то же время эксперты полагают, что сепсис на основании таких результатов диагностировать нельзя, и обычно ждут от 6 до 24 часов, чтобы провести второй тест. Если уровень прокальцитонина стабилен, то сепсис исключают.
Осипов и его коллеги предложили формат теста, при котором многочисленные тестовые линии позволят визуализировать концентрации прокальцитонина. Например, неокрашенные тестовые линии будут представлять концентрацию менее 0,5 нанограмм на миллилитр, тогда как результаты от 0,5 нанограмм до 3 нанограмм на миллилитр будут проявляться в виде одной окрашенной линии, а результаты выше 3 нанограмм на миллилитр дадут две окрашенные линии.
«Уровень этого вещества при тяжелой генерализованной паразитической, бактериальной или грибковой инфекции растет очень быстро, достигая высоких показателей, — рассказал Осипов, — это всегда подтверждается повторным анализом». «Если тест показал концентрацию вещества более 10 нанограмм, это означает сепсис и отражает очень тяжелое состояние пациента».
Осипов и его коллеги описали использование золотых «наноцветов» и золотых «наносфер» в качестве меток при латеральном иммуноанализе для определения прокальцитонина в журнале «Наногибриды и композиты» (Nano Hybrids and Composites) в январе 2017 года.
Ряд тестов на сепсис, которые продаются некоторыми из крупнейших игроков отрасли и опираются на прокальцитонин, стали доступны для клинического использования в 2017 году. BioMérieux, DiaZyme Laboratories и Beckman Coulter Diagnostics — все они в прошлом году получили разрешение Управления по надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) на такие анализы. Тест BioMérieux, продаваемый под названием Vidas BRAHMS PCT, распространяется для использования в настольной системе иммуноанализа Vidas. Между тем Roche и Thermo Fisher Scientific присоединились к переполненному рынку с собственными тестами для диагностики и лечения сепсиса. Тест BioMérieux, продвигаемый на рынке как Vidas BRAHMS PCT, продается для использования в настольной системе иммуноанализа Vidas.
Одновременно Roche и Thermo Fisher Scientific присоединились к перенасыщенному рынку с собственными тестами для диагностики и лечения сепсиса.
Несколько фирм, таких как DNAe, Qvella и Biocartis, работают над молекулярными тестами для диагностики сепсиса, тогда как T2 Biosystems уже получила разрешение FDA на свою систему T2Candida Panel, а также подала заявку на разрешение использовать T2 Bacteria Panel, а Accelerate Diagnostics получила разрешение FDA на свою PhenoTest BC Kit для диагностики инфекций кровотока.
