Новое устройство делает непрерывный мониторинг крови в реальном времени

Непрерывный мониторинг изменений в крови пациентов стал бы революционным достижением для врачей, и команда биоинженеров Стэнфордского университета на шаг приблизила нас к этой реальности. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Biomedical Engineering, описывает устройство, способное обнаруживать в реальном времени изменения в уровнях любой молекулы или белка в крови, за которыми врач должен будет следить.

«Анализ крови — это хорошо, но он не может сказать вам, например, повышается или понижается уровень инсулина или глюкозы у пациента», — говорит Том Со, один из инженеров, работающих над новым исследованием. «Важно знать направление изменений».

Одной из наиболее распространенных технологий, используемых для обнаружения конкретных молекул в образце крови, является иммуноферментный анализ, или ELISA, который может обнаруживать практически любые типы антител, гормонов или белков.

Инновационная новая система была названа исследователями «ELISA в реальном времени» (RT-ELISA). Система представляет собой впечатляющее развитие технологии ELISA, превращая одноразовый тест в устройство, которое непрерывно вводит внутривенные капли крови пациента в крошечную лабораторию на чипе.

Прототип устройства RT-ELISA состоит из трех модулей. Первый модуль смешивает образец крови с антителами, предназначенными для реакции с любой молекулой, на которую нацелен наблюдение.

Верхняя часть устройства разделена на два модуля: один предназначен для удаления лишних клеток крови, а другой собирает флуоресцентные антитела в окно обнаружения. Затем высокоскоростная камера, отслеживает яркость свечения образца, давая врачам возможность наблюдать за изменением уровня целевого белка или гормона в режиме реального времени.

Прототип RT-ELISA был протестирован на диабетических крысах и показал, что он эффективно обнаруживает в реальном времени изменения уровней глюкозы и инсулина в циркулирующей крови животных. Однако эту систему можно использовать не только для мониторинга изменений уровня глюкозы в крови.

«Не думайте, что это просто датчик инсулина», — говорят исследователи. «Думайте об этом как о способе проведения ELISA совершенно новым и другим способом».

Одно из возможных применений этой системы — предотвращение сепсиса, состояния, при котором иммунная система организма чрезмерно реагирует на инфекцию и производит повышенный объем воспалительных молекул, называемых цитокинами. Считается, что распространенной причиной смерти от COVID-19 являются «цитокиновые бури».

Прототип RT-ELISA в настоящее время адаптируется для обнаружения IL-6, цитокина, который, как известно, является маркером тяжести сепсиса. В настоящее время получение результатов анализа крови на IL-6 из лаборатории занимает до трех дней.

«При сепсисе время является ключевым моментом — каждый час вероятность смерти увеличивается на восемь процентов», — говорит том Со. «У пациентов нет трех дней на один тест. Это может иметь последствия для спасения жизни».

Это предварительное исследование в значительной степени является доказательством концепции, показывающей, как можно осуществлять непрерывный мониторинг крови в реальном времени. Еще предстоит проделать большую работу, прежде чем эта технология будет усовершенствована и станет клинической, но исследователи уверены, что ее можно легко модифицировать для использования человеком.

Новое исследование было опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering.