Jo më gjilpëra për teste diagnostifikuese? Inxhinierët krijojnë fasha me mikrogjilpëra pothuajse jo të dhimbshme

Fasha me mikrogjilpëra pothuajse jo të dhimbshme mund të testojë për antitrupa dhe më shumë se kaq në lëngun ndërqelizor.

Marrjet e mostrave të gjakut nuk janë argëtuese.

Ato janë të dhimbshme. Venat mund të çahen, ose edhe të zhvendosen- sikur edhe ato përpiqen të shmangin gjilpërën.

Shpesh, mjekët përdorin mostra të gjakut për të kontrolluar biomarkerët e sëmundjeve të ndryshme: antitrupa që sinjalizojnë një infeksion viral ose bakterial, të tilla si SARS-CoV-2, virusi përgjegjës për COVID-19, ose citokinat treguese të inflamacionit që shihen në kushte të tilla si artriti reumatoid dhe gjendje septike.

Megjithatë, këta biomarkerë nuk janë vetëm në gjak. Ato mund të gjenden gjithashtu në mjedisin e lëngët e të dendur që rrethon qelizat tona, por në një sasi të ulët që e bën të vështirë zbulimin e tyre.

Deri tani.

Inxhinierët në Shkollën e Inxhinierisë McKelvey në Universitetin e Uashingtonit në St. Louis kanë zhvilluar një fashë që përmban mikrogjilpëra, e cila mund të aplikohet në lëkurë, të kapë një biomarker me interes dhe, falë ndjeshmërisë së saj të lartë, lejon mjekët klinikë të zbulojnë praninë e tij.

Kjo teknologji është me kosto të ulët, e lehtë për t’u përdorur nga mjekët klinikë ose vetë pacientët dhe mund të eleminojë nevojën për një udhëtim drejt spitalit vetëm për një marrje gjaku.

Kjo punë kërkimore, nga laboratori i Srikanth Singamaneni, Profesor i Lilyan & E. Lisle Hughes në Departamentin e Inxhinierisë Mekanike dhe Shkencave Materialit, u botua në internet më 22 janar 2021, në revistën Nature Biomedical Engineering.

Përveç kostos së ulët dhe lehtësisë së përdorimit, këto fasha kanë një avantazh tjetër ndaj marrjes së gjakut, ndoshta tipari më i kryesor për disa individë: “Ato nuk japin pothuajse fare dhimbje”, thotë Singamaneni.

Gjetja e një biomarkeri duke përdorur këto fasha është e ngjashme me testin e gjakut. Por në vend që të përdorin një tretësirë ​​për të gjetur dhe vlerësuar sasinë e biomarkerit në gjak, mikrogjilpërat e kapin atë drejtpërdrejt nga lëngu ndërqelizor në lëkurë, i cili quhet lëng intersticial dermal (ISF). Pasi të jenë kapur biomarkerët, ato dedektohen në të njëjtën mënyrë – duke përdorur fluoreshencën për të përcaktuar praninë dhe sasinë e tyre.

ISF është një burim i pasur i biomolekulave, i cili përbëhet nga pothuajse gjithçka, nga neurotransmetuesit e deri te mbetjet qelizore. Sidoqoftë, për të analizuar biomarkerët në ISF, metoda konvencionale zakonisht kërkon ekstraktimin e ISF nga lëkura. Kjo metodë është e vështirë dhe zakonisht sasia e ISF që mund të merret nuk është e mjaftueshme për analizë. Kjo ka qenë një pengesë e madhe për zhvillimin e teknologjisë së biosensorëve të bazuar në mikrogjilpëra.

Një metodë tjetër përfshin kapjen e drejtpërdrejtë të biomarkerit në ISF pa pasur nevojë për të ekstraktuar ISF. Njësoj sikur të gjendeni në një koncert të mbushur plot dhe të përpiqeni për të bërë rrugën tuaj përpara, biomarkeri duhet të manovrojë përmes një “supë” të mbingarkuar, dinamike të ISF para se të arrijë mikrogjilpërën në indin e lëkurës. Në kushte të tilla, të kapësh mjaftueshëm biomarkerë me anë të metodave tradicionale, nuk është e lehtë.

Por ekipi ka një armë të fshehtë: “fluor-plazmonik”, një shirit ultra i ndritshëm fluoreshent. Krahasuar me shiritat tradicionale fluoreshente, kur kryhej një analizë në fashat me mikrogjilpëra duke përdorur shiritin fluor- plazmonik, sinjali i biomarkerëve të proteinave të synuara ndriçoi rreth 1,400 herë më shumë dhe u bë i dallueshëm edhe në përqendrime të ulëta.

“Më parë, përqendrimet e një biomarkeri duhej të ishin në rendin e disa mikrogramë për mililitër lëng,” – thotë Zheyu (Ryan) Wang, një student i diplomuar në laboratorin Singamaneni dhe një nga autorët kryesorë të punimit. Kjo është përtej kufijve fiziologjikë të botës reale. Por duke përdorur shiritin fluor- plazmonik, ekipi hulumtues ishte në gjendje të zbulojë biomarkerët në rendin pikogramë për mililitër.

Këto fasha kanë një mori cilësish të cilat mund të kenë një ndikim të vërtetë në mjekësi, kujdesin ndaj pacientit dhe kërkimin shkencor. Ato do të lejojnë përdoruesit të monitorojnë biomarkerët me kalimin e kohës, dhe janë me tepër rëndësi kur bëhet fjalë për të kuptuar rolin që luan imuniteti në sëmundjet e reja.

Për shembull, studiuesit që punojnë për vaksinat COVID-19 duhet të dinë nëse njerëzit po prodhojnë antitrupat e duhur dhe për sa kohë. “Le të vendosim një fashë,”- thotë Singamaneni, dhe le të shohim nëse personi ka antitrupa kundër COVID-19 dhe në çfarë niveli.”

Nga ana tjetër, në një urgjencë: “Kur dikush ankohet për dhimbje gjoksi dhe ata janë duke u dërguar në spital me një ambulancë, ne shpresojmë që aty dhe atje, fashat mund të përdoren,”- thotë Jingyi Luan, një student i cili kohët e fundit u diplomua nga laboratori i Singamanenit dhe një nga autorët kryesorë të punimit. Në vend që të duhet të shkojnë në spital dhe të marrin gjak, EMT-të mund të përdorin një fashë për të testuar troponinën, biomarkerin që tregon infarktin e miokardit.

Për njerëzit me kushte kronike që kërkojnë monitorim të rregullt, fashat mund të eleminojnë udhëtimet e panevojshme drejt spitalit, duke kursyer para, kohë dhe shqetësime të ndryshme.

Fashat janë pothuajse pa dhimbje. “Ato depërtojnë rreth 400 mikronë në thellësi të indit dermal,” tha Singamaneni. “Ato nuk prekin as nervat ndijore”.

Në laborator, përdorimi i kësaj teknologjie mund të kufizojë numrin e kafshëve të nevojshme që shfrytëzohen për kërkime. Ndonjëherë puna kërkimore ka nevoje për disa matje radhazi për të kapur tërheqjen dhe rrjedhjen e biomarkerëve – për shembull, për të monitoruar përparimin e gjendjes septike. Ndonjëherë, kjo nënkupton shumë kafshë të vogla.

“Ne mund të ulim ndjeshëm numrin e kafshëve që kërkohen për studime të tilla,”- thotë Singamaneni.

Aplikimet janë të shumta, dhe laboratori i Singamanenit dëshiron të sigurohet që të gjitha janë të mirë studiuara.

Ka ende shumë punë për të bërë, “Ne do të duhet të përcaktojmë se cilat nivele të biomarkerit janë normale dhe cilat janë patologjike,”- thotë ai. Grupi i tij kërkimor është duke punuar në metodat e shpërndarjes së produktit për distanca të gjata dhe kushte të vështira, duke siguruar mundësi për përmirësimin e kujdesit shëndetësor rural.

“Por ne nuk kemi përse i bëjmë të gjitha këto vetë,”- thotë Singamaneni. Në vend të kësaj, teknologjia do të jetë në dispozicion të ekspertëve në fusha të ndryshme të mjekësisë.

“Ne kemi krijuar një platformë teknologjie që çdokush mund ta përdorë,”- thotë ai. “Dhe ata mund ta përdorin atë për të gjetur biomarkerin e tyre me interes.”

Singamaneni dhe Erica L. Scheller, asistente pedagoge e Mjekësisë në Divizionin e Sëmundjeve të Kockave dhe Mineraleve në Shkollën e Mjekësisë, punuan së bashku për të hetuar përqendrimin e biomarkerëve në indet lokale.

Qasjet aktuale për një vlerësim të tillë kërkojnë izolimin e indeve lokale dhe nuk lejojnë inspektim të njëpasnjëshëm dhe të vazhdueshëm. Singamaneni dhe Scheller janë duke zhvilluar një platformë më të mirë për të arritur një monitorim afatgjatë të përqendrimit lokal të biomarkerit.

Duke punuar së bashku:

Srikanth Singamaneni, Profesor i Lilyan E. Lisle Hughes në Departamentin e Inxhinierisë Mekanike dhe Shkencës së Materialeve dhe Jai S. Rudra, profesor asistent në Departamentin e Inxhinierisë Biomjekësore, punuan së bashku për vaksinat e kokainës, të cilat funksionojnë duke bllokuar aftësinë e kokainës për të depërtuar deri në tru.

Kandidatët aktualë për një vaksinë të tillë nuk japin rezultate afatgjata; ata kërkojnë nxitje të shpeshtë. Singamaneni dhe Rudra kërkonin një mënyrë më të mirë për të përcaktuar se kur efektet e vaksinës ishin zbehur. “Ne kemi treguar se mund të përdorim fashat për të kuptuar nëse një person po prodhon ende antitrupat e nevojshëm,”- thotë Singamaneni. “Nuk është e nevojshme marrja e gjakut.”