Команда исследователей из Университета штата Колорадо разработала технологию, позволяющую обнаруживать очень малые количества антител в крови человека. Антитела развиваются, чтобы заражать клетки или убивать патогены, по существу борясь с бактериями или вирусами. Уровни антител в крови могут сказать, болен ли человек.
Используя небольшую проволоку, которая составляет одну четвертую размера человеческого волоса, исследователи разработали датчик, который может обнаруживать всего 10 молекул антител в течение 20 минут. Для стандартного медицинского тестирования требуются миллиарды или триллионы молекул антител для обнаружения, и его обработка может занять до суток.
Этот тип экономически эффективного инструмента может помочь клиницистам лечить заболевания людей раньше и может использоваться в условиях ограниченных ресурсов.
Результаты исследования команды будут опубликованы 15 апреля в журнале Biosensors and Bioelectronics.
Ограничения стандартного медицинского тестирования
В настоящее время большинство медицинских учреждений и больниц США используют тест ELISA, чтобы определить, есть ли у человека вирусная инфекция. ELISA расшифровывается как твердофазный иммуноферментный анализ.
Это обычный тест, но чувствительность ELISA относительно низкая, сказал Брайан Гейсс, старший автор исследования и доцент кафедры микробиологии, иммунологии и патологии. Это означает, что клиницисты нуждаются в достаточно большом количестве антител в крови человека, чтобы получить положительный результат теста. Также часто требуется от 7 до 10 дней после заражения для регистрации теста.
До свидания
Используя то, что Гейсс назвал очень простой технологией, исследовательская группа химически прикрепила белки, связанные с вирусами Зика и чикунгунья, к недорогим маленьким золотым проволочкам. Эти конкретные вирусы, наряду с лихорадкой Западного Нила и лихорадкой денге, передаются инфицированными комарами. Медицинские лаборатории используют эти белки в тестах ELISA для поиска антител, которые выработались для борьбы с инфекциями.
Затем они пропускали через провод электрический ток, создавая на проводе заряд, аналогичный заряду батареи.
Затем исследователи добавили антитела для связывания с вирусными белками на проводе, что увеличило массу снаружи провода. Это также увеличило способность провода удерживать заряд. Затем они измерили изменение массы, чтобы количественно определить количество антител на поверхности проволоки.
Три исследователя, три разных колледжа
Исследование основано на работе лаборатории профессора Чака Генри на кафедре химии. Генри, соавтор статьи, и его лаборатория за последние 10 лет разработали несколько простых и недорогих электрохимических устройств.
Профессор Дэвид Денди, также ведущий автор статьи и заведующий кафедрой химической и биологической инженерии, сказал, что был удивлен чувствительностью устройства.
«Мы обнаружили, что можем получить очень высокую специфичность для подтверждения вирусной инфекции», - сказал Денди. Кроме того, исследовательская группа не наблюдала никакой реакции или реактивности антител, нацеленных на другие вирусы, что иногда может приводить к ложноположительным результатам теста.
Каждый из ученых привнес свои уникальные навыки и опыт в этот проект, что привело к успеху группы.
«Никто из нас не смог бы провести такой исследовательский проект в одиночку», - сказал Гейсс, добавив: «Мы объединили наши усилия, чтобы найти новые решения проблем, которые, как мы надеемся, в конечном итоге будут использованы». в клинических условиях."
Исследовательская группа теперь надеется объединить это открытие с исследованиями по обнаружению вирусов, которые они ранее опубликовали, чтобы создать единую систему, которая может обнаруживать как вирусы, так и антитела против вирусов в образцах пациентов.
«Мы надеемся, что его можно будет использовать для диагностики в месте оказания медицинской помощи и что его можно превратить в компактную портативную систему, которую можно будет использовать в клинике или в районах с ограниченными ресурсами», - сказал Гейсс.
Устройства этого типа также можно использовать в сельскохозяйственных условиях для наблюдения за болезнями скота и зондирования окружающей среды.
Лэй Ван, который недавно получил докторскую степень в CSU через Школу биомедицинской инженерии, а сейчас является научным сотрудником Массачусетского технологического института, является ведущим автором исследования.
Джессика Филер, которая недавно получила докторскую степень в CSU по программе клеточной и молекулярной биологии, и Меган Лоренц, научный сотрудник бакалавриата, также являются соавторами исследования.