Новый метод обнаружения белков может упростить диагностику заболеваний почек
Обнаружение риска острого повреждения почек у пациента может стать таким же простым, как погружение бумажной тест-полоски, напечатанной золотыми наностержнями, в образец мочи. К такому выводу пришла группа исследователей из Университета Вашингтона в Сент-Луисе.
Команда под руководством Шриканта Сингаманени, PhD, доцента инженерии, Эвана Караша, MD, PhD, и Джерри Моррисси, PhD, из Медицинской школы разработала биомедицинский сенсор на основе золотых наностержней. Он предназначен для обнаружения повышения уровня белка нейтрофильного желатиназо-ассоциированного липокалина (NGAL) в моче — перспективного биомаркера острого повреждения почек.
"Эта многообещающая и инновационная технология потенциально позволяет проводить тестирование функции почек у постели больного, делая его более доступным и менее затратным", — говорит Эван Караш.
Острое повреждение почек, при котором они теряют способность фильтровать продукты жизнедеятельности из крови, развивается быстро — за несколько часов или дней. Оно часто встречается у госпитализированных пациентов, особенно в критическом состоянии или после операций на сердце. До сих пор не существовало простых сенсоров для раннего выявления этого состояния.
"Если мы найдем недорогую технологию, которую можно будет использовать более эффективно, мы сможем выявлять это состояние гораздо раньше и спасти множество жизней", — отмечает Сингаманени. — "Наша цель — печатать этот сенсор на бумаге с помощью обычного струйного принтера".
Как работает сенсор
Для создания сенсора использовалась техника плазмонного биосенсинга, способная обнаруживать очень малые количества биомаркеров. Вместо натуральных антител, которые имеют короткий срок хранения и дороги в разработке, команда создала искусственные антитела с помощью процесса биомолекулярного импринтинга:
- Целевые белки (NGAL) прикрепляются к поверхности золотых наностержней.
- Вокруг белков формируется полимерный слой из малых молекул.
- Белки удаляются, оставляя на поверхности наностержней полости — искусственные антитела.
- При контакте с образцом (мочой) целевые белки связываются с этими полостями, как кусочек пазла.
Принцип обнаружения основан на изменении цвета:
"Когда вы светите на золотые наностержни, электроны в металле возбуждаются и начинают колебаться... Когда что-то прилипает к поверхности наностержня, это смещает положение одной из световых полос и меняет цвет. Этот цвет говорит нам, связался ли биомаркер с наностержнем", — объясняет Сингаманени.
Количество биомаркера измеряется по степени изменения цвета.
Перспективы технологии
Успех с биомаркером NGAL станет моделью для замены натуральных антител на искусственные при детекции других белков. Например, в 2010 году Караш и Моррисси обнаружили, что белки аквапорин-1 и адипофилин повышены в моче пациентов с наиболее распространенными формами рака почки, что открывает новые диагностические возможности.