Тест на антитіла до Covid-19: безболісний пластир з мікроголками перевіряє рідину між клітинами

Інженери Інженерної школи МакКелві при Університеті Вашингтона в Сент-Луїсі розробили пластир з мікроголками, який можна наносити на шкіру, захоплювати біомаркер з інтерстиціальної рідини й завдяки своїй безпрецедентній чутливості це дозволяє лаборантам виявляти присутність в організмі антитіл.


Забір крові не приносить задоволення

Це боляче. Вени можуть лопнути, а то й сховатися - наче вони теж намагаються уникати голки. Часто лікарі використовують зразки крові для перевірки на біомаркери захворювання: антитіла, які сигналізують про вірусну або бактеріальну інфекцію, такі як SARS-CoV-2, вірус, відповідальний за COVID-19; або цитокіни, що свідчать про запалення, яке спостерігається при таких станах, як ревматоїдний артрит та сепсис.

Однак ці біомаркери не просто в крові. Вони також можуть бути знайдені в щільному рідкому середовищі, яке оточує наші клітини, але в невеликій кількості, що ускладнює їх виявлення.  


До цього часу

Інженери Інженерної школи Маккелві при Університеті Вашингтона в Сент-Луїсі розробили пластир на мікроголках, який можна наносити на шкіру, фіксувати біомаркер і завдяки своїй безпрецедентній чутливості дозволяє лаборантам виявляти його присутність.
Ця технологія недорога, проста у використанні лаборантом або самими пацієнтами й може усунути необхідність поїздки до лікарні лише для забору крові.
Дослідження, проведене лабораторією Шріканта Сінгаманені, професора Ліліана та Е. Лісле Хьюз з кафедри машинобудування та матеріалознавства,  опубліковано в Інтернеті 22 січня в журналі Nature Biomedical Engineering.  
На додаток до низької вартості та простоти використання, ці мікроголчані пластирі мають ще одну перевагу перед забором крові, мабуть, найважливішу особливість для декого:
"Вони абсолютно безболісні", - сказав Сінгаманені.
Пошук біомаркера за допомогою цих пластирів на мікроголках подібний до аналізу крові.
Але замість того, щоб використовувати розчин для пошуку та кількісної оцінки біомаркера в крові, мікроголки безпосередньо захоплюють його з рідини, яка оточує наші клітини в шкірі, яка називається шкірною інтерстиціальною рідиною (ISF).
Після того, як біомаркери захоплені, вони виявляються таким же чином - за допомогою флуоресценції для позначення їх присутності та кількості. ISF - це багате джерело біомолекул, щільно наповнене всім, від нейромедіаторів до клітинних відходів.
Однак для аналізу біомаркерів у ISF звичайний метод, як правило, вимагає вилучення ISF зі шкіри. Цей метод є складним, і зазвичай кількість ISF, яку можна отримати, недостатня для аналізу.
Це стало основною перешкодою для розробки технології біосенсору на основі мікроголок.
Інший метод передбачає безпосереднє захоплення біомаркера в ISF без необхідності витягувати ISF.  Як показник на насиченому концерті та спроба пробитися вперед, біомаркер повинен маневрувати через переповнений динамічний ISF, перш ніж дістатися до мікроголок в шкірній тканині. За таких умов неможливо захопити достатню кількість біомаркерів, щоб побачити, використовуючи традиційний аналіз, непросто.
Але у команди є своєрідна секретна зброя: "плазмонові фтори", надяскрава флуоресцентна наномарка. У порівнянні з традиційними флуоресцентними мітками, коли аналіз проводився на мікроголчаному пластирі з використанням плазмонічного фтору, сигнал біомаркерів цільових білків сяяв приблизно в 1400 разів яскравіше і стає помітним навіть тоді, коли вони присутні в низьких концентраціях.
"Раніше концентрація біомаркеру повинна була складати близько декількох мікрограмів на мілілітр рідини", - заявив Чжею (Райан) Ван, аспірант лабораторії Сінгаманені та один з провідних авторів статті. Це далеко поза реальним фізіологічним діапазоном.
Але використовуючи плазмоновий фтор, дослідницькій групі вдалося виявити біомаркери порядку пікограм на мілілітр.
"Це на порядок чутливіше", - сказав Райан.
Ці пластирі мають безліч якостей, які можуть зробити реальний вплив на медицину, полегшити догляд за пацієнтами та дослідження. Вони дозволять постачальникам здійснювати моніторинг біомаркерів з часом, особливо важливо, коли мова йде про розуміння того, як формується імунітет при нових захворюваннях.
Наприклад, дослідники, які працюють над вакцинами проти COVID-19, повинні знати, чи виробляють люди правильні антитіла і як довго.
"Давайте застосуємо пластир, - сказав Сінгаманені, - і подивимося, чи є у людини антитіла проти COVID-19 і на якому рівні".
Також він корисний в екстрених випадках:
"Коли хтось скаржиться на біль у грудях і його доставляють до лікарні на швидкій допомозі, ми сподіваємось, що можна буде застосувати пластир", - каже Цзіньї Луан, студентка, яка нещодавно закінчила Лабораторію Сінгаманені та один із провідних авторів статті.
Замість того, щоб їхати до лікарні та брати кров, ЕМТ можуть використовувати пластир з мікроголками для тесту на тропонін, біомаркер, який вказує на інфаркт міокарда.
Для людей з хронічними захворюваннями, які вимагають регулярного моніторингу, пластирі на мікроголках можуть усунути непотрібні поїздки до лікарні, заощаджуючи гроші, час та уникнути дискомфорту. Пластирі майже безболісні.
"Вони заглиблюються приблизно на 400 мкм у шкірну тканину", - сказав Сінгаманені. "Вони навіть не торкаються сенсорних нервів".
У лабораторії використання цієї технології може обмежити кількість тварин, необхідних для досліджень. Іноді дослідження вимагають багато послідовних вимірювань, щоб зафіксувати припливи та відпливи біомаркерів - наприклад, для моніторингу прогресування сепсису. Іноді це означає багато дрібних тварин.
"Ми могли б значно зменшити кількість тварин, необхідних для таких досліджень", - сказав Сінгаманені. Наслідки величезні - і лабораторія Сінгаманені хоче переконатися, що всі вони досліджені.
За його словами, є багато роботи, “він повинен буде визначити клінічні граничні показники”, тобто діапазон біомаркерів у ISF, який відповідає нормальному та аномальному рівню.
"Нам доведеться визначити, які рівні біомаркеру є нормальними, які рівні є патологічними".
Його дослідницька група працює над методами доставлення на великі відстані та в суворих умовах, надаючи можливості для поліпшення охорони здоров’я на селі.
"Але ми не повинні робити все це самі", - сказав Сінгаманені.
Натомість ця технологія буде доступна фахівцям у різних областях медицини.
"Ми створили технологію платформи, яку може використовувати кожен", - сказав він. "І вони можуть використовувати його, щоб знайти біомаркер, що цікавить".

Ми не повинні робити все це самі
Сінгаманені та Еріка Л. Шеллер, доцент кафедри медицини кафедри хвороб кісток та мінералів Медичного факультету, спільно працювали над дослідженням концентрації біомаркерів у тканинах.
Сучасні підходи до такої оцінки вимагають ізоляції місцевих тканин і не дозволяють проводити послідовне та постійне обстеження. Сінгаманені та Еріка Л. Шеллер розробляють кращу платформу для досягнення довгострокового моніторингу концентрації місцевих біомаркерів.  

Працюючи разом
Шрікант Сінгаманені, професор Ліліан Е. Ліс Хьюз з кафедри машинобудування та матеріалознавства, і Джай С. Рудра, доцент кафедри біомедичної інженерії, працювали разом, щоб розглянути кокаїнові вакцини, які блокують здатність кокаїну проникати в мозок.
Сучасні кандидати на таку вакцину не дають довготривалих результатів; вони вимагають частого підсилення.
Сінгаманені та Рудра хотіли кращого способу визначити, коли наслідки вакцини припиняються.
"Ми показали, що за допомогою пластирів можна зрозуміти, чи виробляє людина все ще необхідні антитіла", - сказав Сінгаманені. "Забір крові не потрібен".  
за матеріалами Medical Xpress


27.01.2021 808
18.09.2025
Діана Струк

Чому ми хворіємо з настанням осені та чи є ефективними народні методи профілактики хвороб, журналістці Фіртки розповіла імунологиня, доцентка ІФНМУ Галина Курилів.

1433 2
16.09.2025

Попри російсько-українську війну, що триває з 2022 року, туризм на Івано-Франківщині не просто виживає, але й активно розвивається.    

626
14.09.2025
Вікторія Матіїв

Олексій Солоданюк загинув 23 серпня 2023 року на Запорізькому напрямку. Сім'я Солоданюк родом з Черкащини, але останні дев'ять років проживали у Києві. Після загибелі чоловіка Катерина разом з дворічною донечкою Соломією переїхали в Івано-Франківськ.  

1974
09.09.2025

Чому історичні скарби під загрозою?

1630
05.09.2025
Вікторія Косович

Як в Івано-Франківську справляються з викликами в умовах війни, які інфраструктурні проєкти реалізовують та що планують після перемоги, Фіртка поспілкувалася з заступником мера, директором департаменту інфраструктури, житлової та комунальної політики Івано-Франківської міської ради Михайлом Смушаком.

1596 2
01.09.2025
Вікторія Матіїв

Журналістка Фіртки розпитала шкільну практичну психологиню Віталію Саламащак про те, як війна впливає на емоційний стан учнів, які методи допомагають дітям впоратись зі стресом та тривожністю і що батькам і вчителям варто знати, щоб підтримати дітей у цей непростий час.

1427

Свого часу транзитом на Тибет вдалося відвідати Непал та його столицю Катманду. І за ці кілька днів вісім років тому склалося враження, що непальці багато в чому подібні до українців.

825

Некромантія — це про культуру. Культура, яка по суті є рекультивацією, стає просто культом смерті. Ніби логічно — чим більше мудрості, тим більше любови до смерті. Або ж сили й наснаги її прийняти. Це культ або ж ритуал.

708

Ще недавно приналежність до певної конфесії визначали також за однією ознакою, вважаючи, що православний священник має бороду, а католицький — з поголеним обличчям.

958

Цього дня, рівно 148 років тому, 22 серпня 1877 року народився мій прапрадід Самійло Головенський. Він був козацького роду, заможним, володів 30-ма гектарами поля та млином. В радянські часи його назвали «куркулем».

2058
19.09.2025

Збалансоване та здорове харчування відіграє важливу роль у захисті від хвороб.  

641
16.09.2025

Добра тарілка — це не дієта, а насолода: страви, які радують очі, душу і живлять тіло. Навіть простий перекус може стати маленьким ритуалом, що заряджає позитивом на кілька годин уперед.  

403
10.09.2025

Час останнього прийому їжі може впливати на здоров’я не менше, ніж її склад.  

1433
19.09.2025

Протягом 20-21 вересня в селі Погоня, що на Івано-Франківщині, відбудеться ювілейна 30-та Міжнародна проща вервиці за мир в Україні, припинення війни та за всіх військових.  

1307
16.09.2025

Простий образ сіяча й зерна розкриває глибоку істину: від нас залежить, чи проросте й принесе плід те, що ми чуємо й сприймаємо.

368
09.09.2025

Християнська родина — це не лише осередок любові й підтримки, а й «домашня Церква».  

1593
05.09.2025

Вірян запрошують на прощу до Погінського монастиря, що на Прикарпатті.  

1180
16.09.2025

Суди викривають байдужість місцевих рад до збереження історичних пам’яток.  

570
16.09.2025

Непал є країною, де домінують ліві політичні погляди. Загалом воно й не дивно, оскільки саме в Непалі народився сам Будда Гаутама.

847
04.09.2025

В Пекіні відбувся найбільший в історії Китаю військовий парад, присвячений 80-літтю завершення Другої Світової війни.

1379
01.09.2025

FP-5 «Фламі́нго» — українська крилата ракета великої дальності. Перші фотографії ракети опубліковані 17 серпня 2025 року. Пізніше оприлюднені її технічні дані свідчать, що українська ракета вдвічі перевищує як дальність, так і вагу бойової частини знаменитих американських «Томагавків». При цьому вона приблизно вдвічі дешевша за американські ракети.  

1711
23.08.2025

Лише в серпні поточного року українськими дронами були вражені, деякі по кілька разів, сім великих нафтопереробних підприємств Росії та інша інфраструктура. Загалом враженими виявилися підприємства, які забезпечують 14% ринку пального Росії.  

1181