В Петербурге разрабатывают биочип для экспресс-диагностики сердечно-сосудистых заболеваний
Биосенсорная система особенно актуальна для неотложной кардиологии - она позволяет оценить состояние больного прямо «на ходу» и оказать пациенту оптимальную экстренную медицинскую помощь.
Разрабатываемый биочип предназначен для диагностики ряда острых клинических состояний. С его помощью врачи-кардиохирурги смогут проводить оперативную оценку уровня повреждения миокарда, что позволит значительно повысить успех оперативного вмешательства. Главными отличительными признаками разрабатываемой биосенсорной системы являются одновременный анализ нескольких диагностических параметров, реализация функции количественного анализа и его высокая скорость.
«Промедление при любых реанимационных мероприятиях может стать фатальным для больного либо в итоге привести к серьезным осложнениям. Данный проект направлен на создание сенсорной системы для экспресс-диагностики уровня белковых маркеров острых сердечно-сосудистых состояний. Например, уровень миелопероксидазы поможет врачам оценить степень повреждения миокарда, что позволит своевременно скорректировать ход операции, уменьшить количество осложнений после оперативного вмешательства», – рассказывает разработчик, ассистент кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» Никита Ситков.
В результате анализа комплексов целевых белков и визуализации систем сопряженных ионно-водородных связей удается найти участки (последовательности аминокислот), способные выступать в качестве пептидных распознавателей – аптамеров. Далее эти последовательности синтезируются и размещаются на участках биочипа. При попадании в этот чип капли крови происходит обнаружение маркерных белков.
При изготовлении биочипа использованы технологии микрофлюидики и фотолитографии. Полученная структура состоит из нескольких слоев, каждый из которых несет свое функционально назначение.
По словам ученого, разрабатываемая система является в высшей степени конкурентоспособной. «Распространенные в настоящее время экспресс-тесты на основные кардиомаркеры, как правило, реализованы в виде иммунохроматографических тест-полосок и выполняют только качественный анализ. Традиционный тропониновый тест способен отразить лишь необратимые повреждения миокарда, в то время как миелопероксидаза является белком-предиктором неблагоприятных сердечно-сосудистых событий», – поясняет разработчик.
В рамках проекта планируется создать образец мультипараметрического биочипа, реализующего количественную оценку сразу по нескольким ключевым маркерам. Используя современные аппаратные и программные средства обработки сигнала, молодой ученый планирует добиться необходимой чувствительности для диагностического применения предложенного подхода. Это позволит значительно сэкономить время, которое для пациентов с сердечными патологиями зачастую исчисляется в секундах.
Итоговым результатом проекта петербургского ученого станет лабораторный макет мультипараметрической экспресс-диагностической системы. После определенной доработки она будет готова к клиническим испытаниям.
Работы ведутся в рамках исследований группы Инжинирингового центра микротехнологии и диагностики СПбГЭТУ «ЛЭТИ». В ЛЭТИ на протяжении ряда лет развивается направление исследований и разработок мультимодальных биосенсоров для экспресс-определения биомаркеров, вирусов и микроорганизмов, включая биомаркерную диагностику острого инфаркта миокарда, стресса, экспресс-диагностику коронавируса SARS-CoV-2 с помощью пептидов. Разработаны научные и технологические основы создания биочипов для идентификации патогенов и тестирования их антибиотикорезистентности. Партнерами вуза являются НИИ гриппа Министерства здравоохранения РФ, НИИ особо чистых биопрепаратов, Санкт-Петербургский НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера.
