Исследователи присоединили антитела к болезни Лайма к нанотрубкам, открывая путь к диагностическому устройству

Ранняя диагностика критически важна для лечения болезни Лайма. Однако почти у четверти пациентов изначально ставится неверный диагноз, поскольку существующие серологические тесты имеют низкую чувствительность и специфичность на ранних стадиях инфекции.

Существующие тесты определяют наличие антител к бактериальным белкам, которые формируются лишь через недели после заражения и сохраняются после исчезновения инфекции. Новая методика, разработанная исследователями из Университета Пенсильвании с использованием нанотехнологий, может привести к созданию диагностики, способной обнаруживать сам микроорганизм.

Исследование под руководством профессора А. Т. Чарли Джонсона из Школы искусств и наук Пенна было опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Команда решила перевернуть процесс, используя лабораторно произведенные антитела для обнаружения белков возбудителя. Это продолжение предыдущих работ лаборатории Джонсона по присоединению биологических структур (обонятельных рецепторов, ДНК) к устройствам на основе углеродных нанотрубок.

Углеродные нанотрубки обладают высокой проводимостью и чувствительностью к электрическому заряду. Присоединяя биологические структуры к их поверхности, можно создать высокоспецифичные биосенсоры. Когда присоединенная структура связывается с молекулой, заряд этой молекулы влияет на электрическую проводимость нанотрубки, что можно зафиксировать в электрической цепи.

В эксперименте команда присоединила к транзисторам на основе нанотрубок антитела, которые естественным образом вырабатываются у большинства инфицированных животных в ответ на бактерию болезни Лайма. Эти антитела связываются с антигеном — белком бактерии.

После подтверждения связывания антител с помощью атомно-силовой микроскопии исследователи провели электрические измерения, а затем поместили нанотрубки в растворы с разной концентрацией целевого белка бактерии Лайма.

Результаты:

• Изменение электрического сигнала после промывки раствора указывало на количество связавшегося антигена.
• Наблюдалась ожидаемая зависимость: чем выше концентрация антигена в растворе, тем сильнее изменение сигнала.
• Минимальная обнаруживаемая концентрация составила 4 нанограмма белка на миллилитр раствора.

По словам соавтора Дастина Бриссона, этой чувствительности более чем достаточно для обнаружения бактерии в крови недавно инфицированных пациентов и, возможно, достаточно для обнаружения у пациентов, получивших неадекватное лечение.

Перспективы:

• Следующим шагом может стать использование уменьшенной версии антитела — одноцепочечного вариабельного фрагмента (scFv). По словам Джонсона, это, вероятно, сделает устройство в тысячу раз чувствительнее.
• Гибкость методики позволяет создавать диагностические инструменты с несколькими антителами, каждое из которых обнаруживает свой белок бактерии Лайма. Это повысит точность и снизит вероятность ложноположительных диагнозов.

Как отмечает Джонсон, если бы такой тест провели сейчас, обнаружение любого белка возбудителя в крови означало бы наличие инфекции и необходимость немедленного лечения.