Биочип от ученых ЛЭТИ – для экспресс-диагностики сердечно-сосудистых заболеваний

Биочип от ученых ЛЭТИ – для экспресс-диагностики сердечно-сосудистых заболеваний

Уникальная биосенсорная система особенно актуальна для неотложной кардиологии – раздела медицины, направленного на изучение симптомов и разработку оптимальной и быстрой схемы помощи больным с сердечной патологией.

16.07.2020 888

Инфаркт миокарда, острый коронарный синдром, хроническая ишемическая болезнь сердца – с такими заболеваниями пациентов все чаще встречаются врачи больниц и скорой помощи. От сердечных патологий, по данным Роспотребнадзора, в России в год умирает около 900 тысяч человек. Большую роль в экстренных ситуациях играет незамедлительная диагностика и оценка состояния больного. Зачастую это единственный способ избежать фатальных последствий.

Помочь врачам сделать экспресс-диагностику состояния больного прямо «на ходу», оказать пациенту экстренную медицинскую помощь призвана разработка ученых Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» «Биосенсорная система на основе олигопептидных аптамеров для экспресс-диагностики уровня миелопероксидазы, миоглобина и тропонинов», которую в настоящее время развивает ассистент кафедры микро- и наноэлектроники, младший научный сотрудник ИЦ ЦМИД СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Никита Ситков на средства гранта по программе «УМНИК» Фонда содействия инновациям. Работы ведутся в рамках исследований группы Инжинирингового центра микротехнологии и диагностики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» под руководством ведущего научного сотрудника Татьяны Михайловны Зиминой.

«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».

Младший научный сотрудник ИЦ ЦМИД СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Никита Ситков

В основе проекта лежит инновационная технология распознавания биомаркеров в крови человека с помощью специальных элементов – пептидных аптамеров, обладающих пространственной комплементарностью и селективно связывающихся только с определенным белком. В результате такого связывания образуется комплекс «маркерный белок – пептид», наличие которого ученые детектируют с помощью специальной оптической системы. Поиск пептидных цепочек осуществляется благодаря программе «Protein3D», разработанной научным сотрудником ИЦ ЦМИД Владимиром Александровичем Карасевым.

«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 – этот процесс называется иммобилизацией. При попадании в этот чип капли крови происходит обнаружение маркерных белков».

Младший научный сотрудник ИЦ ЦМИД СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Никита Ситков

При изготовлении биочипа использованы технологии микрофлюидики и фотолитографии. Полученная структура состоит из нескольких слоев, каждый из которых несет свое функционально назначение.

Разрабатываемая сенсорная система предназначена для диагностики ряда острых клинических состояний. С ее 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. По словам молодого 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 драгоценное 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.

Разработка молодого ученого логично вписывается в нацпроект «Здравоохранение», одной из задач которого является разработка и реализация программ борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Никита Ситков надеется, что основным потребителем его научного продукта станут учреждения здравоохранения, в частности, клинико-диагностические лаборатории, бригады скорой медицинской помощи, врачи-терапевты, врачи-кардиологи и кардиохирурги.

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.