Сенсор для быстрого обнаружения различных биомаркеров сепсиса в крови

Многие опасные для жизни заболевания, такие как сепсис, который вызывается патогенами, переносимыми с кровью, не могут быть обнаружены точно и достаточно быстро, чтобы начать правильный курс лечения.

Проблема быстрого диагностирования сепсиса связана с тем, что измерение только одного биомаркера часто не позволяет поставить четкий диагноз. Ученые десятилетиями пытались разработать метод одновременного количественного определения множества биомаркеров в цельной крови с высокой степенью специфичности и чувствительности для диагностических приложений в местах лечения, поскольку это позволило бы избежать трудоемких и дорогостоящих этапов обработки крови, на которых потенциально могли бы быть утрачены информативные молекулы биомаркеров.

Многопрофильный коллектив Гарвардского института Вайсса (США) и университета Бата (Великобритания) разработал методику на основе существующей технологии eRapid, использующую недорогую электрохимическую сенсорную платформу для мультиплексного обнаружения клинически релевантных биомаркеров в цельной крови. Устройство использует графеновое нанокомпозитное поверхностное покрытие и уже продемонстрировано возможность точного обнаружения одновременно трех различных биомаркеров сепсиса. Полученные результаты были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

Профессор сосудистой биологии Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы соучредитель института Вайсса Дональд Ингбер говорит, что

Поскольку разработанное нами нанокомпозитное покрытие является недорогим, оно способно революционизировать диагностику в точках оказания медицинской помощи не только для проверки биомаркеров сепсиса, но и для гораздо более широкого спектра биомаркеров, которые могут быть мультиплексированы в наборы для отчетности о состоянии многих заболеваний.

В настоящее время команда института Вайсса также разрабатывают электрохимические датчики eRapid с недавно разработанным нанокомпозитным покрытием на основе графена в качестве критически важного компонента системы диагностики для определения КОВИД-19, травматического повреждения головного мозга, инфаркта миокарда и многих других расстройств.

Теоретически, электрохимические биосенсоры были бы предпочтительны для многих клинических применений из-за их способности количественно определять содержание биологических образцов путем прямого преобразования события связывания биомаркера в электронный сигнал, их низкого энергопотребления и стоимости, а также легкой интеграции с диагностическими считывающими устройствами.

Однако, особенно при использовании цельной крови, многие компоненты крови связываются с поверхностными покрытиями электродов датчиков и приводят к их деградации, а также к электрическим шумам в виде ложных сигналов. Технология eRapid использует новое противообрастающее нанокомпозитное покрытие для электродов, к которым прикреплены связывающие реагенты, улавливающие молекулы биомаркеров из небольшого количества крови и других сложных биологических жидкостей. При химическом обнаружении любой из этих молекул биомаркеров с высокой чувствительностью и селективностью, платформа eRapid генерирует электрический сигнал на электродах, который по силе коррелирует с уровнями обнаруженных молекул-мишеней.

Чтобы сделать современную технологию eRapid еще более эффективной и полезной для клинического анализа проб, команда интегрировала ее с микрофлюидной системой, которая исключает из процесса человеческий элемент и увеличивает количество событий связывания биомаркеров на его поверхности. Это позволяет автоматизировать анализ биомаркеров с помощью системы, а также сократить время выполнения измерений до 7 минут.