Biomarkery choroby sercowo-naczyniowej we krwi wykrywane na poziomach nano
Choroby sercowo-naczyniowe są wiodącą przyczyną zgonów w UE. Każdego roku umiera na nie 1,9 miliona osób (40 % wszystkich zgonów), a szacunkowe powiązane z nimi koszty wynoszą każdego roku prawie 196 miliardów euro. Jednakże choroby sercowo-naczyniowe można skutecznie leczyć, jeśli wykryje się je wcześnie i wdroży leczenie zgodnie z najlepszymi praktykami.
Podwójny „nanoatak” na wybrane biomarkery
„W ramach naszego sfinansowanego przez UE projektu PHOCNOSIS opracowano urządzenie analityczne bazujące na nanotechnologii, które posłuży do przeprowadzania minimalnie inwazyjnej diagnostyki pod kątem chorób sercowo-naczyniowych”, wyjaśnia koordynator projektu, Jaime García-Rupérez. Podejście to polega na połączeniu nanofotoniki oraz mikro/nanofluidyki. Czujniki w systemie składają się ze struktur nanofotonicznych o bardzo ograniczonych wymiarach, które zapewniają dużą czułość. Jak wyjaśnia García-Rupérez: „Oznacza to, że chipy przeprowadzające analizę mogą zawierać tysiące czujników na niezwykle ograniczonym obszarze”. Aby dodatkowo zwiększyć czułość w celu wykrywania wymaganych stężeń wybranych biomarkerów, czujniki nanofotoniczne połączono z kontrolowanym elektrycznie układem nanofluidycznym opartym na izotachoforezie warstwy zaporowej. Technika ta może znacząco zwiększyć stężenie wybranych analitów w określonym miejscu.
Integracja dwóch nanoukładów dla przyszłości
Mimo że działanie układu nanofluidycznego i nanofotonicznego zaprezentowano oddzielnie, w okresie realizacji projektu nie było możliwe zintegrowanie obu układów. „Pracując nad ich integracją, zaobserwowaliśmy, że sygnały elektryczne wykorzystywane do kontrolowania koncentratora nanofluidycznego spowodowały znaczący wzrost strat optycznych w czujnikach nanofotonicznych”, wyjaśnia koordynator. Badacze próbowali bez powodzenia zmienić sygnały elektryczne, by podtrzymać działanie koncentratora, utrzymując przy tym straty optyczne na dopuszczalnym poziomie. Jednakże w dostępnym okresie nie było możliwe przeprowadzenie wystarczającej liczby testów. Ironią jest fakt, że – zdaniem badaczy – ten niepożądany efekt może znaleźć zastosowanie w innych scenariuszach, takich jak kontrola i przetwarzanie sygnału optycznego. Gdy badacze z projektu PHOCNOSIS będą w stanie rozwiązać te problemy, będą oni prawdopodobnie w stanie zaoferować urządzenie, które będzie analizować 2–3 krople krwi pacjenta w zaledwie 10–15 minut w celu wykrycia wczesnych oznak chorób sercowo-naczyniowych. Innym istotnym rozwiązaniem opracowanym przez zespół PHOCNOSIS było wykorzystanie etykiet fluorescencyjnych w koncentratorze. Metoda ta przyniosła bardzo dobre wyniki. Badacze będą kontynuować prace nad tą metodą, a ich celem będzie opracowanie niedrogiego, niewielkiego i łatwego w obsłudze systemu. „Próbkę do analizy wystarczy umieścić w kasetce do przeprowadzania analiz i wprowadzić do platformy z automatycznym czytnikiem”, dodaje García-Rupérez. Podsumowując: warto zauważyć, że istnieje już prototyp takiej platformy. Będzie go można wykorzystywać również do innych zastosowań wymagających wykrywania nieco większych stężeń lub nieco większych analitów w innych badaniach, na przykład podczas badania żywności lub środowiska pod kątem obecności bakterii. Można to osiągnąć, kalibrując testy z chipami działającymi jako czujniki. García-Rupérez uważa, że wykorzystanie fluorescencyjnych etykiet z nanofluidycznym układem stężeń może mieć bardziej bezpośrednie zastosowanie w diagnostyce medycznej. „Ogólnie rzecz biorąc, postępy w różnych dziedzinach badawczych będących przedmiotem projektu PHOCNOSIS były niesamowite, dużo się dzięki nim nauczyliśmy. Przyda nam się to w przyszłej pracy związanej z urządzeniami do przeprowadzania badań w miejscu opieki nad pacjentem”, podsumowuje.
Słowa kluczowe
PHOCNOSIS, nanofotoniczny, nanofluidyczny, choroba sercowo-naczyniowa, chip, badania w miejscu opieki nad pacjentem
