Laboratorium chipowe do wczesnej diagnostyki chorób Alzheimera i Parkinsona
Choroby Alzheimera i Parkinsona to dwie najczęściej występujące na świecie choroby neurodegeneracyjne. W znacznym stopniu wyniszczają organizm, są nieuleczalne i powiązane z procesem starzenia się pacjenta. Wczesna diagnoza w przypadku tych chorób, podobnie z resztą jak wszystkich innych, może zapobiec pogarszaniu się stanu pacjenta i zapewnić lepsze wyniki leczenia. Spośród dostępnych metod diagnostycznych dwie budzą największe nadzieje: obrazowanie mózgu metodą PET w celu zlokalizowania złogów szczególnego rodzaju białka zwanego amyloidem beta, oraz badanie stężeń określonych aminokwasów i białek w płynie mózgowo-rdzeniowym. Jednak metody te wiążą się z wysokimi kosztami i są dla pacjenta inwazyjne. Poza tym przynoszą wiarygodne wyniki dopiero, gdy stopień zaawansowania choroby jest już wysoki, co oznacza, że na skuteczne wdrożenie leczenia może być już za późno. „Przyspieszenie diagnozy o kilka miesięcy, a nawet lat może zwiększyć szanse powodzenia dostępnych terapii. Może ponadto przyczynić się do opracowania nowych terapii, poprzez wykrywanie niewielkich zmian w organizmie i walkę z chorobą na wcześniejszym etapie jej rozwoju”, mówi Valentin Alek Dediu, koordynator grupy badawczej instytutu badawczego CNR-ISMN w Bolonii, zajmującej się nanomateriałami funkcjonalnymi do zastosowania w spintronice molekularnej i magnetyzmie. Zespół projektu MADIA opracował nieinwazyjną metodę diagnostyczną, polegającą na badaniu przesiewowym płynu mózgowo-rdzeniowego z niespotykaną dotąd dokładnością. Metoda ta może zostać również użyta do badania próbek płynów łatwiejszych do pobrania niż płyn mózgowo-rdzeniowy, takich jak krew czy ślina. „MADIA stanowi bardziej zaawansowaną realizację koncepcji laboratorium chipowego do ultraczułej wczesnej diagnostyki w oparciu o wykrywanie biomarkerów związanych ze znacznikami magnetycznymi”, dodaje Dediu, koordynator projektu MADIA.
Znakowanie biomarkerów przy pomocy nanocząsteczek magnetycznych
W projekcie MADIA wykorzystano nanocząsteczki zwane superparamagnetycznymi nanocząstkami tlenku żelaza SPION, które wiążą się z pewnymi biomarkerami, a po dodaniu do nich znaczników magnetycznych stają się widzialne dla skanerów magnetycznych. Specjalne urządzenie mikrofluidyczne jest wyposażone w zestaw czujników magnetycznych, które skanują płyn mózgowo-rdzeniowy lub inne płyny ustrojowe. „Podstawową zaletą podejścia opartego na magnetyzmie jest możliwość wykrywania bardzo niewielkiej liczby SPIONów, a więc i biomarkerów. Detekcja magnetyczna z łatwością osiąga czułość rzędu 1 000 nanocząstek lub 1 000 biomarkerów”, wyjaśnia Dediu. Zadaniem urządzenia MADIA jest wykrywanie amyloidu, białka będącego biomarkerem w diagnostyce choroby Alzheimera. Jednak zasada działania tej nowej technologii pozwala na jej użycie do wykrywania różnych biomarkerów, zauważa badacz. Łatwo można ją przystosować do współpracy z systemami diagnostycznymi wykorzystującymi czujniki noszone na ciele do wykrywania biomarkerów lub toksyn w pocie lub innych płynach ustrojowych. Test działa w skali nano (10-150 nanometrów), co oznacza, że obejmuje większość biomarkerów, a ponadto potrafi wykrywać obecność wirusów.
Potwierdzenie słuszności koncepcji
„Musimy i chcemy podążać naprzód i skonstruować prototyp rzeczywistego urządzenia diagnostycznego, co pozwoli nam przejść do etapu rozmów z firmami na temat produkcji, a także ze szpitalami na temat dalszego testowania i walidacji” mówi Dediu. Konsorcjum MADIA planuje zainwestować dostępne lokalne fundusze, by zbudować prototyp urządzenia, a następnie zacząć ubiegać się o kolejny unijny grant, który umożliwi rozwój urządzenia do poziomu przedkomercyjnego. „Jednocześnie zespół projektu jest aktywnie zaangażowany w działania upowszechniające wyniki naszych badań, aby przekonać interesariuszy i decydentów, że laboratoria chipowe mogą ukształtować przyszłą strukturę diagnostyczną naszego społeczeństwa”, podsumowuje Dediu.
Słowa kluczowe
MADIA, neurodegeneracyjny, choroby, wczesne, wykrywanie, nanocząstki, magnetyczny, czujnik
