Продолжая работу в том же революционном ключе расширения спектра домашней диагностики, что и внедрение глюкометров и экспресс-тестов на беременность, ученые из Атлантического университета Флориды (Florida Atlantic University), США, с коллегами разработали новую биосенсорную платформу с функциями дистанционной диагностики и определения терапевтических подходов при инфекциях, вызванных такими возбудителями, как ВИЧ, E-coli, Staphylococcus aureas и другими патогенами. Данная инновационная платформа с помощью капли крови из пальца позволяет обеспечить клинически релевантную специфичность, чувствительность и выявление патогенов как в цельной крови, так и в плазме крови.
Тонкий, почти невесомый и гибкий материал может изготавливаться и применяться без использования дорогой инфраструктуры и высококвалифицированного персонала, обладая потенциалом разрешения насущных проблем систем здравоохранения как в экономически развитых, так и в развивающихся странах. Используя данную технологию, ученые разработали мобильные приложения, позволяющие выявлять бактериальных возбудителей и бактериемию с помощью изображений в мобильном телефоне, которые можно легко проанализировать в любой точке мира.
Эксперты из Колледжа инженерных и компьютерных наук (College of Engineering and Computer Science) при Атлантическом университете Флориды и их коллеги из Отделения биомедицинского инжиниринга при Женском госпитале Питера Брайэма (Brigham and Women’s Hospital), США, Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School), США, и Стэнфордской медицинской школы (Stanford School of Medicine), США, представили результаты своей разработки в статье, опубликованной под названием «Бумажные и гибкие субстраты в качестве материалов сенсорной платформы с функциями распознавания множественных биоцелей» («Paper and Flexible Substrates as Materials for Biosensing Platforms to Detect Multiple Biotargets») в журнале «Nature Scientific Reports».
В работе отмечены ограниченные функции применяемых в настоящее время платформ, изготовленных на базе бумажных и гибких полимерных материалов, а также представлена разработанная учеными новая интеграционная технология на базе бумажной целлюлозы и гибкой полиэфирной пленки в качестве нового диагностического инструмента выявления биологических агентов в цельной крови, сыворотке крови и перитонеальной жидкости. Разработчиками были применены три различных вида платформ, изготовленных на базе бумажных и гибких полимерных материалов, со встроенными электрическими и оптическими сенсорными модальностями. Продемонстрирован спектр возможного широкого применения указанных материалов, в том числе в медицинских диагностических и биологических лабораториях.
Используя целлюлозные и гибкие полимерные субстраты в качестве материалов для биосенсоров, ученые открыли новый быстрый и экономичный способ диагностики заболеваний и мониторинга эффективности проводимого лечения в учреждениях амбулаторного звена. Представлены уникальные возможности селективного, чувствительного и воспроизводимого выделения изолятов и верификации множественных биоцелей из различных биологических сред с помощью антител.
По мнению авторов, в настоящее время в клинической практике назрела острая потребность в разработке мощной, портативной, недорогой, легко утилизируемой биосенсорной платформы, в особенности для развивающихся стран с ограниченными ресурсами.
В существующих платформах, основанных на бумажных и гибких полимерных материалах, используют колориметрические, флюорометрические и электрохимические подходы, требующие проведения сложных действий по усилению сигнала, высокозатратные по производству и требующие также дорогостоящего оснащения и инфраструктуры.
Будущее диагностики и мониторинга состояния здоровья ассоциируется преимущественно с применением портативных считывающих устройств, вероятно, на базе смартфонов, с возможностью проведения анализа по слюне или крови человека, а также постоянного мониторинга состояния здоровья, независимо от местопребывания пациента.
Разработчики новых материалов отмечают, что вследствие простоты их изготовления, использования и безопасности утилизации путем сжигания, целесообразно внедрить инновационную стратегию разработки предлагаемых биосенсорных платформ с широким спектром применения — в фармацевтической промышленности, обеспечении безопасности продуктов питания, мониторинге окружающей среды, ветеринарной медицине и диагностике инфекционных болезней в развивающихся странах.
По мнению авторов, технология бумажных микрочипов может иметь существенное воздействие на лечение инфекционных заболеваний в странах с низким и средним уровнями доходов на душу населения с ограниченной лабораторной инфраструктурой. Кроме того, эти платформы могут быть адаптированы и доработаны с целью выявления других патогенов и биологических целей с помощью известных биомаркеров.
- Florida Atlantic University (2015) Smart phone diagnosis? Biosensing platform quickly and accurately diagnoses disease and monitors treatment remotely. ScienceDaily, 2 April (http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150402092042.htm).
- Shafiee H., Asghar W., Inci F. et al. (2015) Paper and flexible substrates as materials for biosensing platforms to detect multiple biotargets. Sci. Rep., 5: 8719.
Ольга Федорова
