Nowy czujnik wykrywa choroby zakaźne w ciągu 6 minut
W ramach projektu PoC-ID opracowano nowe czujniki mikroelektroniczne, które można stosować w urządzeniu laboratoryjnym w miejscu opieki nad pacjentem in vitro (PoC-ID). „Platforma może okazać się zbawienna dla pacjentów, jako że umożliwia błyskawiczną diagnostykę i odpowiednie leczenie, ograniczając tym samym koszty opieki zdrowotnej”, podkreśla koordynator projektu, dr Tanja Braun. Zastosowania urządzenia PoC-ID obejmują diagnostykę, monitorowanie odpowiedzi na leczenie, badania interakcji pomiędzy patogenem a organizmem gospodarza oraz medycynę spersonalizowaną. Ponadto platformę można łatwo przystosować do rozmaitych celów związanych z biosensorami, takich jak monitoring zdrowia/środowiska lub testowanie jakości żywności. Zespół pracujący nad projektem opracował przełomowy prototyp do zastosowań w miejscu opieki nad pacjentem, służący do diagnozowania zakażenia syncytialnym wirusem oddechowym (RSV), szczególnie w przypadku dzieci. W porównaniu z sytuacją obecną – koncentrowaniem się wyłącznie na wykrywaniu patogenów – nowe urządzenie wykorzystuje przełomową metodę oceny zarówno patogenów zakaźnych, jak i odpowiedzi gospodarza. Umożliwia to odróżnienie patogennych czynników sprawczych, istotnych z klinicznego punktu widzenia od patogenów, które mogą być obecne w organizmie, a przy tym nie być szkodliwe. W nowych czujnikach wykorzystuje się połączenie nanomembran oraz będących wynikiem inżynierii molekularnej chwytnych cząsteczek (aptamerów L). Zespół projektowy wykorzystał je, aby sprawić, by odpowiedź grafenowego tranzystora polowego (BioGrFET) oraz systemu mikroelektromechanicznego (BioMEMS) była w dużym stopniu dostosowana do celów biologicznych. Opracowano aptamery L dla trzech określonych molekuł docelowych znajdujących się w wydzielinach obecnych w drogach oddechowych po zakażeniu RSV. Jednym z przykładów jest tu interleukina-8 wpływająca na odpowiedź gospodarza. Węglowa nanomembrana (CNM) umożliwiła unieruchomienie aptamerów L, co dopasowuje odpowiedź ultraczułego tranzystora BioGrFET obejmującego najbardziej istotny klinicznie zakres interleukiny-8. Ponadto zbadano wartość kliniczną markerów zapalenia obecnych w wymazie nosowo-gardłowym pobieranym przy zakażeniu RSV. „Co ważne, potwierdzono, że interleukina-8 jest biomarkerem umożliwiającym odróżnianie dzieci z umiarkowaną i ostrą postacią choroby, dzięki czemu można ustalić, kto potrzebuje pomocy w szpitalu”, wyjaśnia dr Braun. Nowe, jednorazowe czujniki są niedrogie, ponieważ nie zawierają drogiego, aktywnego biologicznie bufora ani enzymów wymaganych do wykrywania. Co więcej, przy masowej produkcji koszty będą bardzo niskie dzięki zaprojektowaniu mikroelektronicznego systemu produkcyjnego. „Wykrywanie jest błyskawiczne i wielotorowe dzięki równoległemu odczytowi elektrycznemu”, mówi dr Braun. Udało się też osiągnąć postępy w zakresie użyteczności oraz prędkości analizy danych wynikające z połączenia czujników, urządzeń elektronicznych służących do odczytów oraz mikrofluidyki w formie pojedynczej, przyjaznej dla użytkownika platformy w miejscu leczenia pacjenta. Złożono dwa międzynarodowe wnioski patentowe dotyczące unieruchomienia oligonukleotydów w nanomembranach CNM. Wykorzystanie pokrytych aptamerami nanomembran CNM ściśle przylegających do grafenu umożliwia trwałe zamocowanie aptamerów do powierzchni grafenu, której nie da się inaczej sfunkcjonalizować bez utraty jej niezwykłych właściwości elektrycznych. Dodatkowo dzięki temu utrzymuje się też docelowe powinowactwo aptamerów. Złożono również wniosek patentowy dla wiązania aptamerów L interleukiną-8. Wykorzystując tę cząsteczkę, dowiedziono słuszności koncepcji, iż możliwe jest wykrycie biomolekuły z wykorzystaniem czujnika BioGrFET z nanorozdzielaczem w formie nanomembrany CNM. Koncentrując się na samym zastosowaniu klinicznym, dr Braun podsumowuje znaczenie tego rewolucyjnego czujnika. „Ta nowatorska platforma wspomoże profilaktykę i kontrolę przenoszenia się patogenów, a także umożliwi szybsze i bardziej spersonalizowane leczenie pacjentów”.
Słowa kluczowe
PoC-ID, czujnik, węglowa nanomembrana (CNM), syncytialny wirus oddechowy (RSV), aptamer, aktywny biologicznie grafenowy tranzystor polowy (BioGrFET), leczenie, Spiegelmer, medycyna spersonalizowana
