Pošto je upala prirodni imuni odgovor tela na bolest ili infekciju, ona povećava protok krvi u telu i pomaže ćelijama tela da se brane od virusa, infekcija ili oštećenja ćelija. Brza dijagnostika upale je ključna za efikasne tretmane, pa je izuzetno važno testirati nivoe inflamatornih biomarkera u telu. Istraživači sa Instituta za fizičku hemiju Poljske akademije nauka demonstrirali su novi uređaj za praćenje nivoa C-reaktivnog proteina (CRP) koji se proizvodi u telu tokom upale.
Rad je objavljen u časopisu ACS senzori.
CRP je molekul koji je važan faktor u razbuktavanju mnogih bolesti različite etiologije. Iako je CRP poznat i korišćen mnogo decenija za dijagnostikovanje zapaljenja u telu, njegova upotreba kao potencijalnog biomarkera u dijagnozi drugih bolesti u telu je relativno nova. CRP je protein plazme koji se proizvodi u jetri i oslobađa u krvotok kao odgovor imunog sistema, koji deluje kao biomarker upale i infekcije. Njegovo praćenje nivoa pomaže u dijagnosticiranju čak i teških stanja kao što su traume, sepsa, ishemijska nekroza i/ili maligni tumori.
Pošto je CRP klasifikovan kao reaktant akutne faze, jedno merenje njegovog nivoa ukazuje samo na inflamatorne bolesti, a testovi krvi se moraju ponoviti da bi se utvrdila efikasnost specifične terapije. Trenutno, uprkos tehnološkom napretku u biomedicini i medicinskoj dijagnostici, tehnike koje se koriste za praćenje nivoa CRP su još uvek daleko od brzih merenja u realnom vremenu.
Nedavno su istraživači sa Instituta za fizičku hemiju Poljske akademije nauka na čelu sa prof. Martinom Jonsson-Niedziołka predstavili novi dijagnostički alat za precizno merenje nivoa CRP. Štaviše, omogućava da se merenja vrše u realnom vremenu, smanjujući vreme i troškove analize. Predloženo rešenje je zasnovano na uređaju za testiranje na mestu nege (POCT) povezanom sa pametnim telefonom veličine kreditne kartice, koristeći jednostavne elektrohemijske biosenzore sa komunikacionom tehnologijom bliskog polja ugrađenom u mikrofluidni uređaj.
Za razliku od različitih biosenzora koji koriste velika IgG antitela za hvatanje relevantnih inflamatornih biomarkera, predloženi POCT uređaj nudi veću osetljivost i stabilnost, kao i merenja u realnom vremenu, značajno povećavajući potencijalnu primenu u CRP dijagnostici. Uređaj opremljen biosenzorom može da uhvati i kvantifikuje CRP sa efikasnošću sličnom klasičnim i skupim ELISA testovima.
Merenja se vrše elektrohemijski korišćenjem komercijalno dostupnog, prenosivog potenciostata, dok se hvatanje CRP-a odvija na jedinstvenoj elektrodi ugrađenoj u male kanale mikrofluidnog uređaja. Sistem takođe koristi tehnologiju komunikacije bliskog polja (NFC), omogućavajući bežičnu razmenu podataka između senzora i mobilnih uređaja. Rezultati se mogu prikazati na Android pametnim telefonima, pružajući korisnicima efikasan način za prikupljanje i analizu elektrohemijskih podataka u realnom vremenu.
Kako to funkcioniše? Uzorak tečnosti se stavlja na malu ploču mikrofluidnog uređaja, koja je opremljena malom elektrodom. Kroz minutne kanale u uređaju, uzorak se postepeno dovodi u naredne delove uređaja uz dodatni rastvor na osnovu kapilarnog transporta bez potrebe za eksternom pumpom, što omogućava automatski sekvencijalni protok. Ključnu ulogu u demonstriranom uređaju imaju anti-CRP nanotela imobilisana na elektrodu. Nanotela su mali fragmenti antitela koji rade kao alternativa konvencionalnim antitelima koja se koriste za kvantifikaciju CRP.
Zbog male veličine i veće otpornosti na razgradnju u poređenju sa antitelima, nanotela dobijena metodom fag displeja mogu se koristiti u različitim eksperimentalnim uslovima, postižući visoku specifičnost vezivanja antigena.
„Da bi se anti-CRP nanotela imobilisala na elektrodu, hidroksilne funkcionalne grupe oksidovane elektrode su prvo modifikovane da inkorporiraju aldehidne grupe kroz reakciju oksidacije. Anti-CRP nanotela su naknadno imobilizovana na oksidovanoj elektrodi preko iminske veze (C═ N. Na taj način smo dobili elektrodu visokog specifičnog afiniteta prema antigenu“, kaže dr Suhanat Boonkaev, prvi autor predstavljenog rada.
Velika površinska gustina nanotela na elektrodi poboljšava osetljivost elektrohemijskih merenja u opsegu čak i veoma niskih koncentracija. Ovo obezbeđuje optimalan kompromis između analitičke tačnosti u fiziološki relevantnom opsegu koncentracije i vremena analize.
Dr Katarzina Szot-Karpinska dodaje: „Da bismo proizveli elektrodu modifikovanu nanotelom, oslanjali smo se na naše iskustvo u biopaningu da bismo povratili nova nanotela specifična za CRP koja će se koristiti kao aktivni materijal u proizvedenom biosenzoru.“
Selektivnost predloženog biosenzora zasnovanog na nanotelu je testirana u različitim medijima koji ometaju merenja prisustvom biološki aktivnih jedinjenja kao što su interleukin-6 (IL-6), fibrinogen, mioglobin, goveđi serum albumin (BSA) i albumin humanog seruma ( HSA), kao i izlaganje uređaja različitim eksperimentalnim uslovima uključujući promene temperature i vlažnosti.
Prof. Martin Jonsson-Niedziołka napominje: „Predložena metoda je primenjena na detekciju CRP-a u celoj ljudskoj krvi dobijenoj od anonimnih davalaca. Eksperimentalni rezultati su pokazali da sistem zasnovan na NFC-u integrisan sa mikrofluidnim uređajem za protok može ispravno kvantifikovati CRP u klinički relevantnim biološkim uzorcima bez potrebe za postupcima pre tretmana, i stoga bi se mogli koristiti za procenu zapaljenja, infekcija izazvanih bakterijama ili virusima i za praćenje povećanog rizika od srčanih oboljenja.“
Pre ili kasnije, svi se bore sa upalom. Bez obzira na etiologiju, brza i selektivna dijagnostika koja omogućava praćenje efikasnosti lečenja u realnom vremenu je i dalje daleko od idealne. Stoga, kada se brzi i prenosivi uređaji za testiranje na mestu nege primenjuju u stvarnom životu, oni će nesumnjivo revolucionisati mnoge sektore medicinske dijagnostike, olakšavajući život mnogim pacijentima.
Uređaj koji su demonstrirali istraživači na IPC PAS-u pruža pouzdano i isplativo dijagnostičko rešenje koje nudi jednostavan rad i brze rezultate za samo nekoliko minuta bez napuštanja kuće. Takođe obezbeđuje ponovljivost u proizvodnji biosenzora i detekciji CRP-a, postajući korak ka modernoj i personalizovanoj zdravstvenoj zaštiti. Elektrode zasnovane na nanotelu omogućavaju izvođenje više analiza u realnom vremenu, ubrzavajući dijagnozu i procenu efikasnosti lečenja, čime se omogućavaju trenutne odluke o lečenju i poboljšavaju ishodi pacijenata.
