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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) 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.
