Диагностический мультиплекс. Дизайнер — Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ
[columns size=»2/3″ last=»false»]
Ученые из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН и Московского физико-технического института разработали новый способ диагностики и мониторинга аутоиммунных патологий. Всего за 25 минут созданный ими биосенсор не только чрезвычайно точно измеряет концентрацию аутоантител в крови человека, но и впервые в мире определяет их активность. Сочетание этих параметров позволит выработать новые диагностические критерии для аутоиммунных заболеваний, а также новые подходы к их лечению. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и опубликована в Biosensors and Bioelectronics — самом высокорейтинговом научном журнале в области биосенсорных технологий и аналитической химии.
Аутоантитела, вырабатываемые иммунной системой, ошибочно воспринимают собственные клетки и органы организма как мишени, подлежащие уничтожению. Так возникают различные аутоиммунные патологии. Известно около 80 таких заболеваний: от ревматоидного артрита, псориаза и волчанки до диабета I типа и рассеянного склероза. Множество из них требует наблюдения и лечения на протяжении всей жизни для облегчения состояния пациентов. Аутоантитела определяются в крови примерно у 10% населения. Широкая распространенность аутоиммунных патологий оказывает крайне негативное влияние на экономику, которое в ряде стран значительно превосходит урон от онкологических заболеваний. Аутоантитела появляются в крови задолго до возникновения симптомов болезни, и по их характеристикам можно спрогнозировать тяжесть заболевания.
Лечение аутоиммунных заболеваний в настоящее время существенно осложняется несогласованностью результатов тестов разных производителей.
[blockquote align=»left» author=»»]«В зависимости от того, где и каким методом вы делаете анализ, результаты определения концентрации аутоантител в одной и той же пробе пациента в один и тот же момент времени могут отличаться в 10 и более раз, — рассказывает один из авторов работы Алексей Орлов, старший научный сотрудник лаборатории биофотоники ИОФ РАН, научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологий МФТИ, выпускник МФТИ 2010 года. — Фактически до сих пор нельзя было говорить о концентрации аутоантител как об объективном численном параметре, который можно использовать, например, при оценке эффективности лечения».[/blockquote]
Такая несогласованность результатов тестов разных производителей объясняется тем, что аутоантитела представляют собой очень сложный, необычный объект. Это совокупность множества разнородных молекул, которые совершенно по-разному взаимодействуют между собой и с мишенью. До сих пор не существовало методики и инструмента, который бы позволял учитывать этот фактор.
Кроме того, существующие и применяемые в широкой клинической практике методы не позволяли оценивать активность аутоантител — показатель того, насколько быстро они способствуют разрушению ткани. Авторы опубликованной работы создали инструмент, решающий обе проблемы одновременно: теперь можно быстро и с высокой точностью измерять и концентрацию, и активность аутоантител.
Другая новаторская особенность разработки — одновременное определение в одном образце концентрации и активности аутоантител сразу к нескольким мишеням. Такой подход существенно увеличивает диагностическую ценность разработки. Дело в том, что разные уровни концентраций аутоантител к разным мишеням зачастую указывают на совершенно различные аутоиммунные заболевания. Корреляционный анализ данных, полученных одновременно для множества аутоантител, может существенно повысить точность диагностики.
[blockquote align=»left» author=»»]«Поэтому мы называем нашу систему мультиплексной или многопараметрической, — говорит соавтор работы Аверьян Пушкарёв, аспирант МФТИ. — Еще один наш козырь — применяемый для исследования расходный материал. Это обычное покровное стекло. Низкая стоимость расходных материалов особенно важна для массовой медицинской диагностики, где требуется применять одноразовые расходные материалы».[/blockquote]
Учеными в работе показана одновременная характеризация аутоантител к двум мишеням, но авторы работают над увеличением их числа, поскольку с помощью так называемой микрочиповой технологии на такое стекло можно наносить до нескольких тысяч мишеней размером около 100 микрон каждая.
По поверхности стекла исследователи пропускают капельку сыворотки крови пациента, и начинается ее взаимодействие с мишенью. Если в сыворотке есть аутоантитела, они находят мишень и прикрепляются к ней, увеличивая толщину слоя на стекле. Под стеклом располагается интерферометрическая система, разработанная в ИОФ РАН. Этот уникальный оптический регистратор позволяет измерять толщину молекулярного слоя в любой точке стекла и следить за ее изменением в режиме реального времени.
[blockquote align=»left» author=»»]«Очень важный нюанс: в отличие от многих других методик, у нас аутоантитела взаимодействуют не с неподвижными мишенями, а с движущимися, — добавляет Алексей Орлов. — Мы впервые в мире сумели изучить взаимодействие аутоантител с мишенями, которые находятся именно в том виде, как в организме, то есть в своей натуральной, естественной форме и среде».[/blockquote]
Делается это так (см. иллюстрацию ниже). После того, как аутоантитело присоединяется к закрепленной на поверхности стекла мишени, ученые пропускают вдоль поверхности раствор свободных молекул-мишеней. Тут авторам работы удалось реализовать подход, который до настоящего времени никто не смог применить на практике для решения этой важной задачи. У каждого аутоантитела есть распознающий участок — «рука», которой оно хватает мишень, так называемый Fab-фрагмент. Таких «рук» у него не одна, а две или более. Одной из них антитело держится за неподвижную мишень, а другими «ловит» подвижные мишени. Этот процесс отражает подлинную (нативную) активность антитела, которую теперь можно измерить численно. Более того, такая схема позволяет, с одной стороны, закрепить на стекле аутоантитела из сыворотки крови, сохраняя при этом их естественную форму, а с другой, максимально избежать присоединения других компонентов, которые могут сильно исказить получаемые данные.
[/columns]
Аутоантитело имеет так называемые «руки» — распознающие участки. В процессе исследования антитело одной «рукой» держится за неподвижную мишень, другой — хватает движущиеся мишени. Этот процесс отражает активность аутоантитела, которую можно измерить численно. Дизайнер Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ
[columns size=»2/3″ last=»false»][blockquote align=»left» author=»»]«Мы разработали не только эффективное диагностическое средство, но и уникальный инструмент изучения аутоантител, — считает руководитель авторского коллектива, заведующий лабораторией биофотоники ИОФ РАН Пётр Никитин, выпускник МФТИ 1979 года. — На образцах крови пациентов показано, что количественная величина активности аутоантител является параметром, не зависящим от их концентрации. Клиницисты получили возможность осуществлять количественный мониторинг обоих важных параметров непосредственно в процессе течения болезни и разрабатывать на основе этого новые методики диагностики и лечения аутоиммунных заболеваний».[/blockquote][/columns]
