Создан новый инструмент для диагностики и прогноза развития аутоиммунных патологий — Naked Science
13 минут
ФизТех

Создан новый инструмент для диагностики и прогноза развития аутоиммунных патологий

Ученые из Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН и Московского физико-технического института разработали новый способ диагностики и мониторинга аутоиммунных патологий. Всего за 25 минут созданный ими биосенсор не только чрезвычайно точно измеряет концентрацию аутоантител в крови человека, но и впервые в мире определяет их активность. Сочетание этих параметров позволит выработать новые диагностические критерии для аутоиммунных заболеваний, а также новые подходы к их лечению.

Диагностический мультиплекс / ©Дарья Сокол / Пресс-служба МФТИ

Работа опубликована в Biosensors and Bioelectronics — самом высокорейтинговом научном журнале в области биосенсорных технологий и аналитической химии. Аутоантитела, вырабатываемые иммунной системой, ошибочно воспринимают собственные клетки и органы организма как мишени, подлежащие уничтожению. Так возникают различные аутоиммунные патологии. Известно около 80 таких заболеваний: от ревматоидного артрита, псориаза и волчанки до диабета I типа и рассеянного склероза.

Множество из них требует наблюдения и лечения на протяжении всей жизни для облегчения состояния пациентов. Аутоантитела определяются в крови примерно у 10 процентов населения. Широкая распространенность аутоиммунных патологий оказывает крайне негативное влияние на экономику, которое в ряде стран значительно превосходит урон от онкологических заболеваний. Аутоантитела появляются в крови задолго до возникновения симптомов болезни, и по их характеристикам можно спрогнозировать тяжесть заболевания.

Лечение аутоиммунных заболеваний в настоящее время существенно осложняется несогласованностью результатов тестов разных производителей. «В зависимости от того, где и каким методом вы делаете анализ, результаты определения концентрации аутоантител в одной и той же пробе пациента в один и тот же момент времени могут отличаться в 10 и более раз, — рассказывает один из авторов работы Алексей Орлов, старший научный сотрудник лаборатории биофотоники ИОФ РАН, научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологий МФТИ, выпускник МФТИ 2010 года.

— Фактически до сих пор нельзя было говорить о концентрации аутоантител как об объективном численном параметре, который можно использовать, например, при оценке эффективности лечения». Такая несогласованность результатов тестов разных производителей объясняется тем, что аутоантитела представляют собой очень сложный, необычный объект. Это совокупность множества разнородных молекул, которые совершенно по-разному взаимодействуют между собой и с мишенью. До сих пор не существовало методики и инструмента, который бы позволял учитывать этот фактор.

Кроме того, существующие и применяемые в широкой клинической практике методы не позволяли оценивать активность аутоантител — показатель того, насколько быстро они способствуют разрушению ткани. Авторы опубликованной работы создали инструмент, решающий обе проблемы одновременно: теперь можно быстро и с высокой точностью измерять и концентрацию, и активность аутоантител.

Другая новаторская особенность разработки — одновременное определение в одном образце концентрации и активности аутоантител сразу к нескольким мишеням. Такой подход существенно увеличивает диагностическую ценность разработки. Дело в том, что разные уровни концентраций аутоантител к разным мишеням зачастую указывают на совершенно различные аутоиммунные заболевания. Корреляционный анализ данных, полученных одновременно для множества аутоантител, может существенно повысить точность диагностики.

«Поэтому мы называем нашу систему мультиплексной или многопараметрической, — говорит соавтор работы Аверьян Пушкарёв, аспирант МФТИ, выпускник МФТИ 2018 года. — Еще один наш козырь — применяемый для исследования расходный материал. Это обычное покровное стекло. Низкая стоимость расходных материалов особенно важна для массовой медицинской диагностики, где требуется применять одноразовые расходные материалы».

В работе показана одновременная характеризация аутоантител к двум мишеням, но авторы работают над увеличением их числа, поскольку с помощью так называемой микрочиповой технологии на такое стекло можно наносить до нескольких тысяч мишеней размером около 100 микрон каждая.

Различие между новым принципом и традиционными безметочными подходами к определению кинетических параметров аутоантител в сыворотке крови / ©Biosensors and Bioelectronics

По поверхности стекла исследователи пропускают капельку сыворотки крови пациента, и начинается ее взаимодействие с мишенью. Если в сыворотке есть аутоантитела, они находят мишень и прикрепляются к ней, увеличивая толщину слоя на стекле. Под стеклом располагается интерферометрическая система, разработанная в ИОФ РАН. Этот уникальный оптический регистратор позволяет измерять толщину молекулярного слоя в любой точке стекла и следить за ее изменением в режиме реального времени.

«Очень важный нюанс: в отличие от многих других методик, у нас аутоантитела взаимодействуют не с неподвижными мишенями, а с движущимися, — добавляет Алексей Орлов. — Мы впервые в мире сумели изучить взаимодействие аутоантител с мишенями, которые находятся именно в том виде, как в организме, то есть в своей натуральной, естественной форме и среде».

Делается это так (смотрите иллюстрацию). После того, как аутоантитело присоединяется к закрепленной на поверхности стекла мишени, ученые пропускают вдоль поверхности раствор свободных молекул-мишеней. Тут авторам работы удалось реализовать подход, который до настоящего времени никто не смог применить на практике для решения этой важной задачи. У каждого аутоантитела есть распознающий участок — «рука», которой оно хватает мишень, так называемый Fab-фрагмент.

Таких «рук» у него не одна, а две или больше. Одной из них антитело держится за неподвижную мишень, а другими «ловит» подвижные мишени. Этот процесс отражает подлинную (нативную) активность антитела, которую теперь можно измерить численно. Более того, такая схема позволяет, с одной стороны, закрепить на стекле аутоантитела из сыворотки крови, сохраняя при этом их естественную форму, а с другой, максимально избежать присоединения других компонентов, которые могут сильно исказить получаемые данные.

Аутоантитело имеет так называемые «руки» — распознающие участки. В процессе исследования антитело одной «рукой» держится за неподвижную мишень, другой — хватает движущиеся мишени. Этот процесс отражает активность аутоантитела, которую можно измерить численно / ©Алексей Орлов / Biosensors and Bioelectronics / Пресс-служба МФТИ

«Мы разработали не только эффективное диагностическое средство, но и уникальный инструмент изучения аутоантител, — считает руководитель авторского коллектива, заведующий лабораторией биофотоники ИОФ РАН Петр Никитин, выпускник МФТИ 1979 года. — На образцах крови пациентов показано, что количественная величина активности аутоантител является параметром, не зависящим от их концентрации.

Клиницисты получили возможность осуществлять количественный мониторинг обоих важных параметров непосредственно в процессе течения болезни и разрабатывать на основе этого новые методики диагностики и лечения аутоиммунных заболеваний». Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
213 статей
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Сегодня, 07:05
10 минут
Василий Парфенов

Американские исследователи проанализировали данные опросов молодежи в возрасте от 18 до 23 лет с 2007 по 2017 год и обнаружили несколько факторов, коррелирующих с общей тенденцией к снижению популярности случайного секса, то есть нерегулярных половых связей вне постоянных романтических отношений. Среди наиболее заметных — возросшая вовлеченность в компьютерные игры, жизнь под одной крышей с родителями и меньшее употребление алкоголя.

3 часа назад
7 минут
Василий Парфенов

С момента появления систем автономного вождения многие задавались вопросом: а как они будут выглядеть в идентичных условия? К счастью, у нас наконец-то появилась возможность сравнить два самых известных автомобильных автопилота: системы разработки Tesla и Waymo — дочерней структуры Alphabet, владеющей Google. Машины проехали по одному маршруту, но сделали это совершенно по-разному, что весьма удивляет.

Вчера, 22:30
9 минут
Мария Азарова

По словам главы компании «Космокурс», пока США уже на прямом пути к туристическим полетам в космос, Россия находится в этом вопросе «на уровне папуасов», главным образом — из-за бюрократии.

2 марта
42 минуты
Редакция

Все знают, что нефть — это углеводороды. Но из чего она образовалась? Правда ли, что из динозавров? И сколько миллионов лет нефти, из которой сегодня делают бензин и сотни других важных окружающих нас вещей? Разбираемся, какие запасы нефти залегают в России и сколько их осталось, почему их до сих пор не добыли, а также, как это связано с существами, которые жили миллионы лет назад.

2 марта
5 минут
Сергей Васильев

Моделирование показало, что через миллиард лет атмосфера нашей планеты переживет резкие изменения и потеряет весь свой кислород, отбросив жизнь к древнейшим анаэробным формам.

1 марта
8 минут
Мария Азарова

Хотите увидеть ожившего Шекспира или подмигивающую вам госпожу Лизу дель Джокондо? С немного пугающей всех нас технологией deepfake это можно сделать всего за пару минут.

26 февраля
10 минут
Василий Парфенов

Даже при разработке точнейших научных инструментов случаются разные технические сюрпризы — и хорошо, если приятные. К счастью, именно так вышло на этот раз. Ученые получили очередную порцию данных с космического аппарата Parker Solar Probe и здорово удивились. На сделанном в оптическом диапазоне снимке ночной стороны Венеры видны детали поверхности, обычно скрытые плотными облаками. Теперь предстоит решить загадку: либо камера оказалась чувствительна к инфракрасному диапазону излучения, либо случайно обнаружилось «окно» для наблюдений через атмосферу этой планеты.

21 февраля
20 минут
Василий Парфенов

Кого и что только ни успели уже обвинить в технологической катастрофе, которая произошла на этой неделе в США. Но эмоции плавно оседают, и начинают появляться первые результаты разбирательства. А они порой вызывают искреннее недоумение, честно говоря.

15 февраля
9 минут
Василий Парфенов

Новость, которую странно публиковать на серьезном научно-популярном портале, но от реальности не убежишь. Уфологи всего мира могут радоваться: американские военные официально признали, что изучали места крушения НЛО и в их распоряжении есть некие аномальные объекты, свойства которых выходят за рамки известных науке материалов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: