Устройство, описанное в экспериментальном исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале «Биосенсоры и биоэлектроника», использует портативную технологию «лаборатория на чипе» для точного измерения концентрации антител, присутствующих в разбавленной плазме крови.
Антитела – это белки, вырабатываемые иммунной системой для нейтрализации вируса. Исследования показали, что антитела COVID-19 присутствуют на более поздних стадиях инфекции и могут оставаться в крови после того, как инфекция исчезла, что позволяет идентифицировать ранее инфицированных людей.
Таким образом, тесты на антитела являются важным средством определения полного распространения коронавируса – информации, которая имеет решающее значение для выработки политики общественного здравоохранения.
И все же многие страны до сих пор не использовали широкомасштабное тестирование антител.
«Многие существующие платформы для тестов на антитела точны и надежны, но они дороги и должны выполняться в лаборатории обученными операторами. Это означает, что для получения результатов могут потребоваться часы или даже дни », – сказал д-р. Риккардо Фунари, первый автор и научный сотрудник отдела микро / био / нанофлюидики в OIST. "Другие тесты проще в использовании, портативны и быстрые, но они недостаточно точны, что затрудняет тестирование."
Исследователи избежали этого компромисса между точностью и доступностью, разработав альтернативную платформу для тестирования антител, которая сочетает в себе мощную светочувствительную технологию с микрожидкостным чипом. Чип обеспечивает результаты в течение 30 минут и обладает высокой чувствительностью, обнаруживая даже самую низкую клинически значимую концентрацию антител.
Каждый чип дешев в производстве и исключает необходимость в лаборатории или обученных операторах, что увеличивает возможность проведения общенациональных испытаний.
И есть еще одно отличительное преимущество этой недавно разработанной платформы. «Тест не только определяет наличие или отсутствие антител – он также предоставляет информацию о количестве антител, вырабатываемых иммунной системой.
Другими словами, это количественный показатель ", – сказала профессор Эми Шен, возглавляющая подразделение Micro / Bio / Nanofluidics. "Это значительно расширяет возможности его применения – от лечения COVID-19 до использования в разработке вакцин."
Освещение антител
Платформа для тестирования антител состоит из микрожидкостного чипа, интегрированного с оптоволоконным световым зондом. Сам чип сделан из покрытого золотом предметного стекла со встроенным микрожидкостным каналом. Используя электрическое напряжение, команда изготовила десятки тысяч крошечных шипастых золотых структур, каждая из которых меньше длины волны света, на стеклянном предметном стекле.
Затем исследователи модифицировали эти золотые наношипы, прикрепив фрагмент белка-шипа SARS-CoV-2.
Этот белок имеет решающее значение для заражения клеток коронавирусом и вызывает сильную реакцию иммунной системы инфицированного человека.
В этом исследовании, подтверждающем концепцию, ученые продемонстрировали принцип, лежащий в основе того, как тест обнаруживает антитела, используя искусственный образец плазмы человека с добавлением антител COVID-19, специфичных к спайковому белку.
С помощью шприцевого насоса проба проходит через чип. Когда плазма проходит мимо покрытых белком золотых наношипов, антитела связываются с фрагментами спайкового белка. Это событие связывания затем обнаруживается оптоволоконным световым зондом.
«Принцип обнаружения прост, но эффективен», – сказал д-р.
Фунари. Он объяснил, что это основано на уникальном поведении электронов на поверхности золотых наношипов, которые колеблются вместе при попадании света.
Эти резонирующие электроны очень чувствительны к изменениям в окружающей среде, таким как связывание антител, что вызывает сдвиг длины волны света, поглощаемого наношипами.
«Чем больше антител связывается, тем больше сдвиг длины волны поглощенного света», – добавил доктор.
Фунари. "Волоконно-оптический зонд подключен к световому датчику, который измеряет этот сдвиг. Используя эту информацию, мы можем определить концентрацию антител в образце плазмы."
Светлое будущее
Широкомасштабное внедрение количественного теста может сильно повлиять на лечение COVID-19.
Например, количественные тесты могут помочь врачам отслеживать, насколько эффективно иммунная система пациента борется с вирусом. Его также можно использовать для определения подходящих доноров для многообещающего экспериментального лечения, называемого переливанием плазмы, когда кровь выздоровевшего пациента, богатая антителами, передается инфицированным в настоящее время пациентам, чтобы помочь им бороться с вирусом.
Возможность измерить уровень иммунного ответа также может помочь в разработке вакцины, позволяя исследователям определить, насколько эффективно пробная вакцина запускает иммунную систему.
Однако исследователи подчеркнули, что устройство все еще находится в стадии активной разработки.
Устройство нацелено на уменьшение размера чипа для снижения производственных затрат, а также работает над повышением надежности теста.
«Мы показали, что устройство работает для обнаружения различных концентраций антител к спайковому белку в искусственных образцах плазмы человека.
Теперь мы хотим расширить тест, чтобы чип мог одновременно обнаруживать несколько разных антител », – сказал доктор. Фунари. «После оптимизации устройства мы планируем сотрудничать с местными больницами и медицинскими учреждениями для проведения тестов на реальных образцах пациентов."