Техника микроигл может создать более быструю диагностику основных заболеваний. Когда люди находятся на ранних стадиях не диагностированного заболевания, немедленные тесты, которые приводят к лечению, являются лучшими первыми шагами. Однако, согласно новым исследованиям, взятие крови, обычно выполняемое медицинским работником, вооруженным неудобно большой иглой, может оказаться не самым быстрым, наименее болезненным или наиболее эффективным методом.

На фото: Научный сотрудник Национальной лаборатории Сандиа Филипп Миллер осматривает устройство с микроиглами. Новая конструкция устройства использует ряд игл и может извлекать 20 микролитров промежуточной жидкости по сравнению с двумя микролитрами, которые были достигнуты в предыдущей версии устройства. Фото: Рэнди Монтойя.

Теперь техника, использующая микроиглы, способные вытягивать относительно большое количество интерстициальной жидкости — жидкости, которая прячется под кожей — открывает новые возможности. Раньше микроиглы — крошечные полые иглы из нержавеющей стали — отводили незначительное количество промежуточной жидкости, необходимой для анализа уровня электролита, но не могли набрать достаточно жидкости, чтобы сделать более сложные медицинские тесты практичными. По словам исследователя и руководителя команды Sandia National Laboratories, Ронена Полски, главного исследователя проекта, спонсируемого министерством обороны, более крупные результаты нового метода могут быть более эффективными для быстрого измерения воздействия химических и биологических боевых агентов, а также для диагностики рака и других заболеваний. Агентство по уменьшению угрозы и программа исследований и разработок лаборатории Sandia.

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

Польский вместе с Университетом Нью-Мексико, Химическим биологическим центром армии США Эджвуд и другими исследователями из Сандии описали новую технику в статье от 22 октября в журнале Nature Communications Communications Biology.

Относительно большое количество извлеченной чистой интерстициальной жидкости, которая никогда ранее не была достигнута, позволяет создать базу данных тестируемых молекул, таких как белки, нуклеотиды, небольшие молекулы и другие сигнальные пузырьки от клетки к клетке, называемые экзосомами. Их присутствие или отсутствие в интерстициальной жидкости пациента будет затем указывать, когда данные индивидуума передаются с помощью электронных средств в будущий центр данных, могут ли возникать физические расстройства, такие как рак, заболевание печени или другие проблемы.

Новый протокол извлечения микроигл достиг своих последних результатов, изменив метод, описанный в техническом документе 1999 года. По оригинальной методике жидкость вытягивалась с помощью микроиглы, прикрепленной к плоской подложке, проникающей в кожу. В недавней модификации концентрическое кольцо из горизонтально нарезанного инсулинового инжектора, окружающего иглу, использовалось по счастливой случайности, и стало доступно гораздо большее количество жидкости.

«Предыдущая бумага показала менее микролитра на одну вставку, и наши новые иглы получали до 2 микролитров на иглу, поэтому мы предположили, что разница должна заключаться в креплении вокруг иглы, модулирующей давление, давящее на кожу», — сказал исследователь из Сандии Филипп Миллер, ведущий автор статьи. «Создавая наборы игл, наше извлекаемое количество увеличилось с 2 микролитров до 20 микролитров у людей». Один микролитр составляет около 0,000034 унций жидкости.

Промежуточная жидкость, прозрачная жидкость, которая окружает все человеческие клетки, чаще всего воспринимается как жидкость, которая раздувает пузыри. Он настолько важен для транспорта биомолекул между клетками и как посредник между кровью и лимфатической системой, что некоторые исследователи называют его, как кожу, еще одним органом тела.

Преимущество интерстициальной жидкости для пациентов заключается в том, что ее можно прощупать иглами длиной 1,5 миллиметра (приблизительно 0,06 дюйма), которые слишком коротки, чтобы достичь нервов, вызывающих боль. Он также не имеет красных кровяных клеток, чтобы скрыть результаты анализов. До этого последнего исследования у жидкости была только одна трудность: неспособность исследователей собрать достаточно ее, не испорченной клеточными фрагментами, чтобы выполнить достаточное количество тестов для полной характеристики. Микроигла, вдавленная в кожу, будет выделять только вытесненную междоузельную жидкость — часть микролитра. В качестве альтернативы, установка крошечного насоса для жидкости принесла большие, но поврежденные количества жидкости.

Соглашение об исследованиях на миллион долларов

В течение последних десяти лет в лаборатории использовались иглы для сбора мельчайших количеств — доли микролитров — промежуточной жидкости для обнаружения изменений солей организма в реальном времени, которые указывают на усталость. Исследователи представили себе устройство размером с наручные часы, которое мгновенно считывало бы электролит спортсменам и их тренерам, военнослужащим на местах или обычным гражданам, чувствующим себя немного подавленным.

Этот метод оказался более чем теоретическим интересом: Sandia Labs, с Polsky в качестве ведущего исследователя, только что подписали соглашение о совместных исследованиях и разработках на 1 миллион долларов с австралийской компанией Microfluidics Biomedical Pty. Ltd., которая разработала именно такие часы. это чувствует лактат и глюкозу в режиме реального времени. Предполагается, что часы будут готовы к продаже в течение трех лет. Польский рассказал об этой концепции в беседе на TEDxABQ в сентябре 2017 года.

Соглашение основано на заинтересованности компании в создании в реальном времени измерительного прибора для любителей спорта, солдат в поле и простых людей, заинтересованных в немедленном определении личных проблем со здоровьем. Опыт компании в разработке алгоритмов и опыт Sandia в области изготовления автономных интегрированных датчиков и технологии микроигл будут участвовать в разработке продукта.

Различные конструкции часов будут проверены на чувствительность и селективность, а также на долгосрочное использование в соответствующих диапазонах концентраций в синтетической промежуточной жидкости, а затем у живых объектов. Microfluidics Biomedical разработает беспроводную технологию для передачи сигнала, генерируемого датчиками, который может быть прочитан тренерами, руководителями военных команд или человеком, который владеет часами.

Это исследовательское соглашение имеет большое значение, поскольку оно является шагом на пути преодоления того, что предприниматели называют «долиной смерти», которая часто отделяет лабораторные инновации от реализации как коммерческого продукта.

Но исследовательское сообщество, исследующее медицинское использование микроигл, хотело изучить большую игру, включая обнаружение страшных болезней, более навязчивых, чем просто нехватка электролитов.

Потребуются дополнительные тесты, чтобы собрать данные о тех компонентах межклеточной жидкости, которые отражают в натуральной форме, но не в количестве, многие из тех, которые доступны для крови. После этого будет подготовлен этап для более простых, более дешевых, более быстрых и безболезненных тестов, которые, как ожидается, в будущем будут передаваться в электронном виде с наручных часов участника в центральный банк данных, чтобы в реальном времени определить наличие медицинской проблемы и ее Средство правовой защиты на самой ранней стадии.

По словам Полски, на создание полной базы данных о заболеваниях в мире уйдет много лет. Поэтому в настоящее время он и его команда начинают новый проект по изучению биомаркеров в интерстициальной жидкости, которые развиваются после прививок от гриппа. Усилие будет использовать волонтеров Сандиа. «Прививки от гриппа — это идеальный способ изучения патогенеза инфекционных заболеваний, и это исследование может привести к новому способу диагностики гриппа и характеристике его распространения», — сказал Польский.

По материалам сайта phys.org