Очень часто в работе практикующего врача возникают ситуации, когда требуется в срочном порядке провести предварительную диагностику состояния пациента. Особенно актуально это для работников скорой помощи, а также для врачей, работающих в сельских и отдаленных районах. Применение систем для экспресс-анализов дает возможность сократить время для принятия решения о дальнейших действиях медработника.

Разработкой методов, позволяющих провести быструю предварительную диагностику заболевания без применения сложных приборов и реактивов, занимаются сотрудники Национального исследовательского технологического университета «МИСиС». Созданные ими тест-полоски для экспресс-анализов позволяют на ранних этапах выявить острый инфаркт миокарда, сепсис и другие заболевания.

Как это работает

В основе функционирования всех биологически экспресс-тестов лежит общий принцип —специфическое узнавание по типу «антиген-антитело», рассказывает старший научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов Национального исследовательского технологического университета Александр Осипов.

На тест-полоске нанесен особый белок, а другой, способный образовать с первым прочный комплекс, находится в пробе. Ученым удалось добиться визуализации процесса взаимодействия двух белков, и его результат стал виден простым глазом.

Большое распространение в качестве визуализирующих меток получили наночастицы металлов (в том числе золота), обладающие интенсивной окраской. Размеры таких наночастиц варьируются от нескольких нанометров до сотен нанометров.

Самым быстрым методом анализа является иммунохроматография. Применяемая при этом тест-полоска состоит из ряда пористых мембран, содержащих необходимые для анализа компоненты. При попадании на них искомого вещества меченные золотыми частичками антитела задерживают нужный белок, образуя белковый комплекс с добавлением золота. В результате в тестовой зоне появляется окрашенная линия. При отсутствии антигена полоска остается белой. Тест проходит в режиме реального времени — за 5-10 минут.

Такие медицинские диагностические системы чрезвычайно просты и могут применяться на любом этапе — от первичного осмотра до предварительных анализов в диагностических центрах. Для их использования не нужно присутствие врача. Самым распространенным тестом такого рода является тест на беременность, который широко используется уже почти 30 лет.

Повышая точность

Однако не всегда для экспресс-анализа достаточно установить наличие какого-то вещества в пробе, важно также его количественное присутствие. И перед учеными встала задача – как научить простые тест-системы показывать такую информацию.

С одной стороны, хорошо известно, что интенсивность окрашивания тест-полоски прямо пропорциональна содержанию вещества в пробе. С другой, для определения этой интенсивности требуются специальные хроматографы. Ученым нужно было найти метод количественного измерения без сложных приборов.

И такое решение было найдено. Отказавшись от принципа цветовой насыщенности маркеров, сотрудники НИТУ «МИСиС» решили, что эту информацию можно отразить количеством зон, проявившихся в ходе анализа. Чем больше проявляется сегментов, тем больше концентрация вещества.

Сепсис, инфаркт и онкология

Важной областью применения такого экспресс-метода стала диагностика сепсиса, который настолько быстро поражает организм, что на длительные анализы с применением высокоточных приборов просто не остается времени. В поисках конъюгата ученые вспомнили, что для любого вида заражения крови характерно наличие белка прокальцитонина. При отсутствии бактериального заражения этот белок вырабатывается только в щитовидной железе, после чего быстро видоизменяется. Однако при сепсисе он начинает продуцироваться другими органами, его концентрация в крови резко увеличивается и через 6— 12 часов достигает пиковых значений. На основе определения уровня прокальцитонина и был разработан метод анализа, позволивший по числу окрашенных линий за несколько минут определить уровень заражения.

Тот же подход был использован при определении простат-специфического антигена (ПСА) — онкомаркера рака предстательной железы. При его концентрации менее 4 нг/мл врач может быть спокоен, однако если уровень ПСА повышается до 5-10 нг/мл, пациента попадает в группу риска, а при концентрации больше 10 нг/мл можно говорить о начале заболевания.

Ранее анализ на ПСА проводился поголовно, однако от массового скрининга отказались из-за его высокой цены. Разработанный российскими учеными экспресс-метод позволит диагностировать состояние предстательной железы в домашних условиях. Стоимость полосок — в десятки раз меньше лабораторных тестов, а учитывая то внимание, которое сильный пол уделяет этой проблеме, тест может стать одним из самых популярных экспресс-анализов среди мужчин.

Еще одной системой визуального анализа, разработанной сотрудниками НИТУ «МИСиС», стала система диагностики острого инфаркта миокарда. Ученым пришлось поломать голову над тем, какой для этого выбрать биохимический маркер. В качестве такового могли быть использованы тропамиды, но их определение требует времени — рост концентрации начинается только через 3-4 часа после повреждения миокарда, а пика они достигают лишь на 3- 4 сутки. Однако существуют и ранние маркеры, например, белок, связывающий жирные кислоты. Его концентрация увеличивается сразу после наступления инфаркта, и уже через 2-3 часа достигает пиковых значений.

Но наиболее эффективным был признан метод анализа, в котором задействованы как тропамин, так и белки, связывающие жирные кислоты. К удивлению ученых, этот метод оказался настолько прост, что с его помощью предварительный диагноз может поставить как врач скорой помощи, так и сам пациент при наличии подозрений на инфаркт.

Передовые разработки

Благодаря использованию новых маркеров вместо наночастиц золота удалось значительно поднять чувствительность имеющихся тестов и снизить предел обнаружения, что очень важно значение для раннего определения заболеваний. В ближайших планах российских ученых – создание систем, позволяющих определять сразу несколько заболеваний.

Многие из разработанных методов экспресс-диагностики уже запущены в производство в нашей стране. По качеству и скорости они нисколько не уступают импортных аналогам, при этом их стоимость намного ниже, чем у выпускаемых за рубежом.

Как подчеркнул Александр Осипов, экспресс-диагностику ожидает большое будущее. Однако речь не идет о том, что такие тесты заменят собой лабораторную диагностику. Экспресс-анализы необходимы для предварительной диагностики или самодиагностики в «полевых условиях», для профилактических осмотров или тестирования в ходе диспансеризации.

Преимущество таких систем в том, что они позволяют медицинским работникам быстро сделать предварительные анализы, и принять решение о необходимости дальнейших действий.