Микроиглы могут ускорить диагностику серьёзных заболеваний

Новый метод с использованием микроигл, способных забирать относительно большие объёмы интерстициальной жидкости (жидкости, находящейся прямо под кожей), открывает новые возможности для быстрой диагностики.

Ранее крошечные полые стальные микроиглы могли извлекать лишь ничтожные количества этой жидкости, достаточные для анализа уровня электролитов, но не для более сложных медицинских тестов. Новый метод позволяет получать большие объёмы, что может быть эффективнее для быстрого определения воздействия химических и биологических агентов, а также для диагностики рака и других заболеваний. Об этом заявил Ронен Полски из Sandia National Laboratories, ведущий исследователь проекта, спонсируемого Агентством по сокращению военной угрозы (DTRA) и программой Sandia's Laboratory Directed Research and Development.

«Мы считаем, что интерстициальная жидкость обладает огромным диагностическим потенциалом, но существовала проблема со сбором достаточного количества для клинического анализа», — сказал Полски. — «Кожная интерстициальная жидкость, благодаря своим важным регуляторным функциям в организме, фактически содержит больше иммунных клеток, чем кровь, поэтому она может даже быстрее предсказать начало некоторых заболеваний».

Метод, разработанный совместно с Университетом Нью-Мексико, Армейским центром химико-биологической защиты Эджвуд и другими исследователями Sandia, был описан в статье от 22 октября в журнале Nature Communications Biology.

Относительно большие количества чистой интерстициальной жидкости, извлечённые впервые, позволяют создать базу данных тестируемых молекул: белков, нуклеотидов, малых молекул и других сигнальных везикул (экзосом). Присутствие или отсутствие этих маркеров в жидкости пациента, данные о котором могут быть переданы в будущий центр обработки данных, укажет на возможные нарушения в организме, такие как рак, болезни печени и другие проблемы.

Новый протокол экстракции достиг результатов, модифицировав технику 1999 года. В оригинальном методе игла крепилась к плоской подложке. В модификации случайно использовали концентрическое кольцо от разрезанного горизонтально инъектора инсулиновой ручки, окружающее иглу, что позволило получить гораздо больше жидкости.

«В более ранней статье показано менее 1 микролитра за введение, а наши новые иглы получали до 2 микролитров на иглу, поэтому мы предположили, что разница заключается в креплении вокруг иглы, которое модулирует давление на кожу», — сказал исследователь Sandia Филипп Миллер, ведущий автор статьи. — «Создав массивы игл, мы увеличили извлекаемое количество с 2 микролитров до 20 микролитров у людей-добровольцев». 1 микролитр равен примерно 0.000034 жидкой унции.

Преимущества интерстициальной жидкости:

• Её можно исследовать с помощью игл длиной 1.5 мм, которые слишком коротки, чтобы достичь нервов, вызывающих боль.
• В ней нет эритроцитов, которые могут исказить результаты анализов.

Главной трудностью ранее был сбор достаточного количества неповреждённой жидкости для проведения адекватного числа тестов.

Соглашение на миллион долларов

Работа последнего десятилетия в лаборатории использовала иглы для сбора крошечных количеств интерстициальной жидкости, чтобы обнаруживать изменения солей в организме, указывающие на усталость. Исследователи представляли себе устройство размером с наручные часы, которое в реальном времени показывает уровень электролитов спортсменам, военным или обычным людям.

Эта технология доказала свою практическую ценность: Sandia Labs подписала Соглашение о совместных исследованиях и разработках (CRADA) на $1 млн с австралийской компанией Microfluidics Biomedical Pty. Ltd. для разработки таких часов, определяющих в реальном времени уровень лактата и глюкозы. Выход на рынок планируется в течение трёх лет.

Соглашение знаменует шаг к преодолению так называемой «долины смерти», которая часто отделяет лабораторные инновации от коммерческого продукта.

Будущее диагностики

Исследовательское сообщество стремится использовать микроиглы для обнаружения серьёзных заболеваний. Потребуется больше тестов, чтобы собрать данные о компонентах интерстициальной жидкости, которые по виду (хотя и не по количеству) аналогичны компонентам крови. Это откроет путь к более простым, дешёвым, быстрым и безболезненным тестам, которые в будущем смогут передавать данные с часов пациента в центральный банк данных для определения проблемы и её лечения на самой ранней стадии.

Создание полной базы данных для всех болезней мира займёт много лет. Сейчас Полски и его команда начинают новый проект по изучению биомаркеров в интерстициальной жидкости, которые появляются после вакцинации от гриппа, с участием добровольцев из сотрудников Sandia.

«Вакцинация от гриппа — идеальный способ изучения патогенеза инфекционных заболеваний, и это исследование может привести к новому способу диагностики гриппа и отслеживания его распространения», — сказал Полски.