Nu mai ai ace pentru testele de diagnostic? Inginerii dezvoltă patch-uri cu microneedle aproape nedureroase

De

Ingineri la Școala de Inginerie McKelvey de la Universitatea Washington din St. Louis. Louis a dezvoltat un plasture de micronutrienți care poate fi aplicat pe piele, captează un biomarker de interes din lichidul interstițial și, datorită sensibilității sale fără precedent, permite clinicienilor să îi detecteze prezența. Credit: Sisi Cao

Plasturele de micronutrienți aproape nedureroase pot testa anticorpi și mai mult în lichidul dintre celule.

Extragerile de sânge nu sunt distractive.

Le doare. Venele se pot sparge sau chiar se pot rostogoli – ca și când ar fi încercat să evite acul.

Adesea, medicii folosesc probe de sânge pentru a verifica biomarkerii bolii: anticorpi care semnalează o infecție virală sau bacteriană, cum ar fi SARS-CoV-2, virusul responsabil de acesta COVID-19, sau citokine orientative ale primei inflamații în condiții precum artrita reumatoidă și sepsis.

Cu toate acestea, acești biomarkeri nu sunt doar în sânge. Ele pot fi găsite și în mediul lichid dens care ne înconjoară celulele, dar într-o abundență scăzută care îngreunează detectarea.

Pana acum.

Ingineri la Școala de Inginerie McKelvey de la Universitatea Washington din St. Louis. Louis a dezvoltat un plasture micronizat care poate fi aplicat pe piele, capta un biomarker de interes și, datorită sensibilității sale fără precedent, permite clinicienilor să-i detecteze prezența.

Tehnologia este ieftină, ușor de utilizat de către medici sau pacienți înșiși și poate elimina necesitatea unei călătorii în spital pentru doar o extragere de sânge.

Cercetarea, efectuată de laboratorul lui Srikanth Singamaneni, profesorul Lilyan și E. Lisle Hughes din cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică și Știința Materialelor, a fost publicată online în 22 ianuarie 2021, în revista Ingineria biomedicală a naturii.

Pe lângă costul redus și ușurința de utilizare, aceste fragmente de micronutrienți au un alt avantaj față de extragerea sângelui, poate cea mai importantă caracteristică pentru unii: „Sunt aproape nedureroase”, a spus Singamaneni.

Găsirea unui biomarker folosind aceste fragmente micronucleare este similară cu testarea sângelui. Dar, în loc să folosească o soluție pentru a găsi și a estima cantitatea de biomarker din sânge, microtubulii îl captează direct din fluidul care ne înconjoară celulele din piele, care se numește fluid dermic interstițial (ISF). Odată ce biomarkerii sunt capturați, aceștia sunt detectați în același mod – folosind fluorescența pentru a indica prezența și cantitatea lor.

ISF este o sursă bogată de biomolecule, plină cu multe, de la neurotransmițători la resturi celulare. Cu toate acestea, pentru a analiza biomarkerii în ISF, metoda convențională necesită de obicei îndepărtarea ISF de pe piele. Această metodă este dificilă și, de obicei, cantitatea de ISF care poate fi luată nu este suficientă pentru analiză. Acesta a fost un obstacol major în calea dezvoltării tehnologiei de biosensibilizare bazată pe micronelă.

O altă metodă implică captarea biomarkerului direct către ISF fără a fi nevoie să elibereze ISF. La fel ca să apară la un concert plin și să încerce să îți facă drumul înainte, biomarkerul trebuie să manevreze printr-un umăr aglomerat, dinamic ISF înainte de a ajunge la micronela din țesutul pielii. În astfel de condiții, nu este ușor să poți capta suficient biomarker pentru a vedea utilizarea analizei tradiționale.

Însă echipa are un fel de armă secretă: „fluoroplasmică”, o fluorescență cu ultrasunete nanomarcată. Comparativ cu etichetele fluorescente tradiționale, atunci când s-a efectuat un test pe un plasture de micronutrienți folosind fluor plasmatic, semnalul biomarkerilor de proteine ​​țintă a strălucit de aproximativ 1.400 de ori mai luminos și a devenit vizibil chiar și atunci când este prezent la concentrații scăzute.

„Anterior, concentrațiile unui biomarker trebuiau să fie în ordinea a câteva micrograme pe mililitru de lichid”, a declarat Zheyu (Ryan) Wang, student absolvent la Laboratorul Singamaneni și unul dintre autorii principali ai lucrării. Acest lucru depășește cu mult limitele fiziologice ale lumii reale. Dar folosind fluor de plasmon, echipa de cercetare a reușit să detecteze biomarkeri în ordinea picogramelor pe mililitru.

„Acesta este ordinea de mărime cea mai sensibilă”, a spus Wang.

Aceste patch-uri au o serie de calități care pot avea un impact real asupra medicinei, îngrijirii pacienților și cercetării.

Acestea vor permite furnizorilor să monitorizeze biomarkerii în timp, deosebit de important atunci când vine vorba de înțelegerea modului în care imunitatea joacă în noile boli.

De exemplu, cercetătorii care lucrează la vaccinurile COVID-19 trebuie să știe dacă oamenii produc anticorpii potriviți și pentru cât timp. „Să punem o bucată de pământ”, a spus Singamanen, „și să vedem dacă persoana respectivă are anticorpi împotriva COVID-19 și la ce nivel”.

Sau, în caz de urgență, „Când cineva se plânge de dureri în piept și este dus la spital de o ambulanță, sperăm că ici-colo, plasturele poate fi aplicat”, a spus Jingyi Luan, un student care a absolvit recent Laboratorul Singamaneni și unul dintre principalii autori ai lucrării. În loc să fie nevoiți să meargă la spital și să obțină sânge, EMT-urile pot folosi un plasture micron micron pentru a testa troponina, biomarkerul care indică infarctul miocardic.

Pentru persoanele cu afecțiuni cronice care necesită monitorizare regulată, plasturile micronizate pot elimina deplasările inutile la spital, economisind bani, timp și inconveniente – o mulțime de griji.

Plasturii sunt aproape nedureroși. „Intră în jur de 400 microni adânc în țesutul dermic”, a spus Singamanen. „Nici măcar nu ating nervii senzoriali.”

În laborator, utilizarea acestei tehnologii poate limita numărul de animale necesare cercetării. Uneori cercetarea necesită mai multe măsurători consecutive pentru a capta refluxul și fluxul de biomarkeri – de exemplu, pentru a monitoriza progresia sepsisului. Uneori, asta înseamnă o mulțime de animale mici.

“Putem reduce semnificativ numărul de animale necesare pentru astfel de studii”, a spus Singamanen.

Implicațiile sunt uriașe – iar laboratorul lui Singamanen vrea să se asigure că totul este cercetat.

Există o mulțime de muncă de făcut, a spus el, “Va trebui să definim întreruperile clinice”, adică gama biomarkerului din ISF care corespunde unui nivel normal față de un nivel anormal. “Va trebui să stabilim ce niveluri de biomarker sunt normale, care niveluri sunt patologice.” Și echipa sa de cercetare lucrează la metode de naștere pe distanțe lungi și condiții dificile, oferind oportunități de îmbunătățire a asistenței medicale rurale.

„Dar nu trebuie să facem toate acestea singuri”, a spus Singamanen. În schimb, tehnologia va fi disponibilă experților din diverse domenii ale medicinei.

„Am creat o tehnologie de platformă pe care oricine o poate folosi”, a spus el. “Și îl pot folosi pentru a-și găsi biomarkerul de interes.”

Nu trebuie să facem toate acestea singuri

Singamanen și Erica L. Scheller, profesor asistent de medicină în Divizia Boli osoase și minerale de la Școala de Medicină, au lucrat împreună pentru a investiga concentrația biomarkerilor în țesuturile locale.

Abordările actuale ale unei astfel de evaluări necesită izolarea țesutului local și nu permit inspecții consistente și continue. Singamaneni și Scheller dezvoltă o platformă mai bună pentru a realiza o monitorizare pe termen lung a concentrației biomarkerilor locali.

Lucrand impreuna

Srikanth Singamaneni, profesor la Lilyan E. Lisle Hughes în cadrul Departamentului de Inginerie Mecanică și Știința Materialelor, și Jai S. Rudra, profesor asistent la Departamentul de Inginerie Biomedicală, au lucrat împreună pentru a examina vaccinurile împotriva cocainei, care funcționează prin blocarea capacității de cocaina pentru a intra în creier.

Candidații actuali pentru un astfel de vaccin nu oferă rezultate pe termen lung; necesită încurajări frecvente. Singamanen și Rudra și-au dorit o modalitate mai bună de a determina când au dispărut efectele vaccinului. “Am arătat că putem folosi patch-uri pentru a afla dacă o persoană produce în continuare anticorpii necesari”, a spus Singamaneni. “Prelevarea de sânge nu este necesară.”

Referință: „Patch cu microneedle pentru cantitatea ultrasensibilă de biomarkeri proteici în lichidul interstițial” de Zheyu Wang, Jingyi Luan, Anushree Seth, Lin Liu, Minli You, Prashant Gupta, Priya Rathi, Yixuan Wang, Sisi Cao, Qisheng Jiang, Ria Gupta, Qingjun Zhou, Jeremiah J. Morrissey, Erica L. Scheller, Jai S. Rudra și Srikanth Singamaneni, 22 ianuarie 2021, Ingineria biomedicală a naturii.
DOI: 10.1038 / s41551-020-00672-y

Acest studiu a fost susținut de Fundația Națională pentru Științe (CBET-1900277) și de Institutele Naționale de Sănătate (R01DE027098, R56DE027924, R01CA141521, R21DA036663, R21CA236652).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Materialul nou poate proteja mai bine soldații, sportivii și șoferii de șoc, impact și explozii

Soldații, sportivii și șoferii pot face viața mai sigură datorită unui nou proces care ar putea duce la o protecție mai eficientă și reutilizabilă...

A fost găsit cel mai vechi loc de înmormântare uman din Africa – un copil a fost îngropat în urmă cu 78.000 de ani

Vedere generală a zonei peșterii Panga ya Saidi. Observați săparea șanțului unde a fost deschisă înmormântarea. Credit: Muhammad Javad Shoaee Descoperirea celui mai...

Se preconizează că speciile non-native vor crește cu 36% în întreaga lume până în 2050

Gâscă egipteană (Alopochen aegyptiaca) originară din Africa și stabilită acum în Europa Centrală și de Vest. Credit: profesorul Tim Blackburn, UCL Se preconizează că...

Visele noastre pot fi ciudate

Această ilustrație reflectă supra-ipoteza creierului, care susține că calitatea redusă și halucinantă a viselor nu este o greșeală, ci o trăsătură particulară, deoarece ajută...

Newsletter

Subscribe to stay updated.