Штрихкодовый чип видит десятки болезней в одной капле крови
Трансформации в составе белков плазмы крови способны очень многое поведать о состоянии организма. Довольно часто они рапортуют о той либо другой болезни (рак, заболевания сердца). Для медиков профиль белков — жалобная книга тела. Вот лишь клинические тесты по широкой гамме этих соединений проводятся редко. Дорого да и продолжительно.
Всё может поменять новый чип.
В большинстве случаев доктора в больницах ограничиваются маленьким числом белков, выявляемых в крови собственных подопечных. С целью проведения для того чтобы анализа из руки больного берётся энное количество крови, её направляют в центрифугу для отделения плазмы, которую после этого тестируют на наличие интересующих медиков биомаркеров. Занимает данный трудоёмкий процесс в лучшем случае часы, а цена тестового комплекта для одного белка образовывает $50.
А вдруг их необходимо проверить пара десятков сходу? Легко! И дешевле в десятки раз, чем с классическими способами.
Всё это возможно сделать по новой разработке, проходящей сейчас первые испытания. Причём на целый тест уходит всего 10 мин..
Фаворит команды исследователей из Калифорнийского технологического университета Джеймс Хит (James Heath) говорит: «По мере того как начинается персонализированная медицина, анализ многочисленных групп протеиновых биомаркеров делается всё более серьёзным. Но эти тесты кроме этого будут весьма недорогими. Мы сохраняем надежду, что IBBC разрешат делать такие недорогие комплексные замеры» (фото с сайта caltech.edu).
Эта броская разработка группы учёных из Калифорнийского технологического (Caltech) и Университета системной биологии (Institute For Systems Biology) именуется «Комплексный штрихкодовый чип крови» (Integrated Blood-Barcode Chip — IBBC).
Если сравнивать с ним кроме того кое-какие умелые наладонные лаборатории покажутся гигантами. Пластинка IBBC владеет размерами приблизительно как у предметного стекла для микроскопа, да и сделана она также из стекла. Вернее, стекло тут — база, на которую нанесено силиконовое покрытие.
По неспециализированному принципу действия IBBC во многом напоминает давешние генетический чип и клеточный биочип.
Коль не так долго осталось ждать мы желаем установить наличие определённых молекул (в нашем случае — белков), необходимо, дабы целый поток прошёл через разветвлённую сеть своеобразных ловушек, в которых остались бы лишь те молекулы, на каковые эти ловушки настроены. Дальше необходимо сделать так, дабы прореагировавшие ловушки засветились. Тогда, взглянуть на чип под микроскопом, возможно свериться с картой и определить — какие конкретно белки присутствуют в примере.
В подробностях, но, в новой разработке имеется масса отличий от предшественников. Но по порядку.
Капельку крови подают в весьма узкий канал на поверхности чипа и под маленьким давлением заставляют кровь пройти вглубь. От главного канала отходит множество боковых, ещё более узких. Клетки крови в них не смогут протиснуться, а плазма проходит вольно.
Сейчас она оказывается в коридоре, что напоминаетштрихкод: поперёк этого русла лежит много полос шириной 20 микрометров. Любая полоса «сидит и ожидает» собственный своеобразный белок.
Неспециализированный замысел чипа. Капля крови растекается по тонкому (шириной 50 микрометров) центральному каналу (тут он продемонстрирован очень сильно увеличенным), а после этого попадает в ещё более узкие (10 микрометров) боковые ветви пластинки, любая из которых оборачивается штрихкодами, говорящими о той либо другой болезни.
Нужно подчернуть, что IBBC создавался на средства американского Национального университета рака (National Cancer Institute) и исследовательского департамента армии США (Army Research Office) (иллюстрация R. Fan, J. Heath).
Вот и ещё одно отличие. В случае если в роли настроенных ловушек в ранееупомянутых совокупностях выступали мириады маленьких отрезков одиночных спиралей ДНК, захватывавших из примера комплиментарные фрагменты кода, то в IBBC любая полоса штрихкода покрыта своеобразными антителами, притягивающими лишь один определённый белок.
По окончании того как кровь прореагировала с полосами, чип отправляют на «проявку». Тогда те полосы, что поймали белки, начинают флуоресцировать красным, причём тем интенсивнее, чем больше молекул-биомаркеров они собрали.
Целый прореагировавший чип выглядит как комплект штрихкодов, конкретно показывающий, сколько и каких белков присутствует в плазме. (Подробности возможно отыскать в статье создателей IBBC в Nature Biotechnology.)
на данный момент, дабы прочесть данный штрихкод крови, учёные пользуются лабораторным сканером, тем же, что используется для генетических изучений. Но, по словам участников проекта, в будущем чтение чипов IBBC возможно будет делать при помощи маленького приборчика, сходного по виду с ручным сканером штрихкодов в кассах супермаркета.
Тут мы видим центральный канал более крупно. По нему бегут клетки крови, а плазма отделяется и уходит в три (на данном рисунке) боковых канала.
Любой из них содержит полосы-ловушки. Цвета полос обозначают различные белки, на каковые они нацелены. За захват молекул (на врезке) отвечают антитела, закреплённые на поверхности полос способом ДНК-гибридизации. «Проявка» чипа включает добавление в него раствора со вторичными антителами, помеченными флуоресцентными маркерами. Зелёная плоска в каждом коде есть точкой отсчёта, она разрешает совершенно верно определять положение засветившихся полос для их идентификации.
Любой микроканал содержит от 30 до 50 полных штрихкодов, нацеленных на множество белков. Концентрация интересующего медиков соединения определяется в среднем по итогам считывания солидного числа штрихкодов на чипе (иллюстрация J. Heath, R. Fan, H. Amad).
В пресс-релизе Калифорнийского технологического говорится, что его коллеги и Хит выстроили пара таких чипов, любой из которых способен в один момент делать отдельный анализ крови для восьми больных, да ещё и сходу по нескольким десяткам белков. А в течение ближайшего года исследователи собираются довести возможности IBBC до распознавания 100 различных белков одномоментно.
В случае если ещё и цена одного для того чтобы мультитеста окажется (при массовом выпуске чипов) аналогичной цене нынешнего анализа плазмы на один единственный белок (а учёные говорят как раз о таковой цели проекта), то медики IBBC легко с руками оторвут.
Ну а до тех пор пока американцы испытывают собственный штрихкодовый тестер в некоторых клиниках.
Так, при помощи этого чипа им удалось проследить за изменяющейся концентрацией в крови гормона hCG у беременной дамы, причём в течение всей беременности. А ведь в её ходе содержание hCG возрастает в 100 тысяч раз. IBBC же не просто с хорошей точностью продемонстрировал концентрацию этого белка, но, что есть достижением, смог легко уловить его как в малых, так и в больших «дозах».
Таковой широкий диапазон работы — плюс для способа. Так как иные тесты или желаемое вещество не улавливают, или в итоге их, напротив,«зашкаливает».
Кроме этого авторы разработки применили её для предстательной рака железы и определения груди у последовательности больных. «концентрации и Типы белков варьируются от заболевания к заболеванию, и между различными лицами. Дамы с раком молочной железы, к примеру, будут генерировать другой комплект биомаркеров если сравнивать с мужчинами, страдающими раком простаты, тогда как дама с агрессивной формой рака может „продемонстрировать“ белки, каковые отличаются от дамы с менее смертоносной формой», — информируют исследователи.
И те же концентрации своеобразных белков начинают изменяться на протяжении лечения, так что IBBC есть эргономичным монитором хороших сдвигов в состоянии больного.
Ещё высокая скорость получения результата разрешит докторам использовать штрихкодовый чип для обнаружения реакции человека на новое лекарство — так как происходящее в организме будет видно «не сходя с места». А это значит, что замысел лечения может стать более правильным и более личным.
Примечательно, что одним из главных участников этого проекта есть Лерой Худ (Leroy Hood), президент Университета системной биологии и одна из мировых знаменитостей в области биотехнологий и секвенирования ДНК. Четыре года назад данный учёный объявил, что благодаря биотехнологиям в течение следующих 30 лет мы станем свидетелями роста средней длительности судьбы человека на 10-20 лет; и что с новыми устройствами мы сможем делать по 10 тысяч разных медицинских тестов в один момент всего по одной пробе крови из пальца.
Как видим, слова врача Худа не расходятся с делом: он сам деятельно трудится, дабы реализовать собственный прогноз.
