Тестовая полоска для анализа крови

Российские учёные из ИОФ РАН и МФТИ разработали биосенсорную тест-систему, основанную на применении магнитных наночастиц. С помощью такой технологии можно точно измерить концентрацию нужных белковых молекул, так называемых маркеров, в различных образцах, включая непрозрачные или сильно окрашенные жидкости, например, кровь.

В новом методе применяется тот же принцип, на котором основаны современные тесты на беременность. Анализ проводится с помощью небольшой тест-полоски из пористого материала с двумя реакционными линиями.

Отметим, что экспресс-тесты анализа крови уже существуют в мире. Но российские учёные начали использовать иммунохроматографический формат с применением магнитных частиц вместо традиционных оптических меток. Кроме того, для считывания результатов они использовали уникальный прибор, разработанный в ИОФ РАН. Это устройство демонстрирует беспрецедентную чувствительность и точность при подсчёте количества «прореагировавших» с маркерами наночастиц.

«Традиционные лабораторные количественные методы анализа крови характеризуются длительным временем получения результата – от нескольких часов до дней. Кроме того, они обязательно должны проводиться квалифицированным персоналом. Именно такой анализ чаще всего нам проводят в поликлиниках», – сообщил «Вести.Наука» ведущий автор исследования Алексей Орлов, сотрудник ИОФ РАН, выпускник МФТИ.

Он отмечает, что существуют методы, позволяющие получить результат гораздо быстрее, например, аналоги теста на беременность с применением оптических меток. «Однако такие подходы обычно дают только качественную оценку в терминах «да», «нет». А очень часто этого недостаточно, потому что надо знать, сколько именно того или иного маркера в образце», — объясняет Орлов.

Кроме того, по словам разработчиков, такие экспресс-тесты в настоящее время практически неприменимы для достоверного анализа крови. Это связано с тем, что визуальная или другая оптическая регистрация в таких непрозрачных жидкостях, как кровь, существенно затруднена.

«Именно сочетание экспресс-формата с методом регистрации магнитных наночастиц позволило разработать подход, сохраняющий достоинства удобных и быстрых иммунохроматографических тестов и, при этом, являющийся количественным, точным и достоверным. По аналитическим характеристикам он не уступает долгим лабораторным подходам, а занимает всего 20-30 минут и не требует от пользователя специальных навыков», — говорит Орлов.

Поясним, как работает новый метод анализа. На одну сторону полоски наносится ка­пля исследуемой жидкости. Она распространяется по полоске за счёт кап­иллярного эффекта. В теле полоски расположены магнитные­ частицы, которые «скреплены» с анти­телами к анализируемому белку (антитела, напомним, очень избирательно, словно якоря, цепляются к нужным белкам). В процессе движения жидкости по тест-полоске белок, который хотят найти медики, связывается с подходящими ему антителами и, соответственно, частицами. Далее поток жидкости попадает на две линии — тестовую и контр­ольную.

Тестовая линия содержит антитела, ­которые задерживают белок и­ заодно те магнитные метки, которые с ним соединились. Контрольная линия срабатывает в ­том случае, если тест-полоска пригодна к­ использованию.

На этом сходство с тестом на беременность заканчивается. В случае с «классическим» тестом на беременность результатом может быть либо «да», либо «нет». А новый тест от российских разработчиков позволяет не только выявить наличие белка с высокой чувствительностью, но и точно определить его концентрацию. Количество молекул белка в анализируемом образце соответствует количеству магнитных наночастиц, которые были перетянуты в зону тестовой дорожки (здесь их подсчётом занимается прибор ИОФ РАН).

Работу новой системы протестировали, измерив содержание в крови простат-специфического антигена (ПСА) – одного из наиболее массово контролируемых маркеров при диспансеризации мужчин, который может свидетельствовать о развитии у пациента рака предстательной железы. Прибор выявил концентрацию в 0,025 нанограмма на миллилитр (при норме до 4 нанограммов). Такая чувствительность определения ПСА достаточна, чтобы понять, не начался ли рецидив после удаления опухоли.

Сверив полученные новым методом результаты с «золотым стандартом» для определения ПСА — иммуноферментным анализом, учёные убедились в эффективности нового метода.

Исследователи особо отмечают, что проведение теста занимает не так много времени (около получаса), не требует специально обученного персонала, легко может проводиться даже в полевых условиях.

Учёные надеются, что в скором времени их тест-полоска для анализа крови будет выпускаться серийно. Впрочем, разработчики пока не называют конкретные сроки. При этом они подчеркивают, что их тест-система может применяться не только для диагностики болезней. Биосенсор позволит также проводить анализы на безопасность пищевых продуктов и лекарств.

Результаты работы были опубликованы в научном журнале Biosensors and Bioelectronics.

При сдаче любых анализов нас, конечно же, в первую очередь волнует их точность. Еще, разумеется, важна цена. Способ сдачи анализа тоже имеет значение: одно дело мазок из носа или горла, другое — капля крови из пальца и третье — прокол вены. Учитывая все эти условия, «КП» постаралась собрать максимально полную информацию о разных видах тестирования на коронавирус. Также мы задали несколько вопросов о тестах эксперту — иммунологу, специалисту по разработке, исследованиям и регистрации лекарств, кандидату медицинских наук Николаю Крючкову.

ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ТОЧНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТА

— Николай, как понять: какой тест самый достоверный?

— Правильно говорить о точности тестов. Она складывается из двух составляющих. Первая — чувствительность, то есть способность теста обнаруживать заболевание у людей, у которых оно на самом деле имеется. Для этого тест-системы нацеливаются на поиск генетического материала вируса (ПЦР-тесты), антител того или иного типа к вирусу (ИФА-тесты и экспресс-тесты на антитела). Чем выше чувствительность, тем, например, меньшую концентрацию фрагментов вируса или антител способен обнаружить тест. К примеру, чувствительность большинства тестов на антитела класса IgG находится в дипазоне от 65 до 90%.

Вторая составляющая — специфичность. Это способность опознавать конкретные фрагменты вируса (или антитела, которые реагируют на определенные участки вируса). Например, известно, что у нового коронавируса SARS-CоV-2 есть значительное сходство с сезонными коронавирусами, которые вызывают «простые» простуды. Чем выше специфичность теста, тем лучше он может различать новый эпидемический вирус и сезонные респираторные вирусы. Ведь важно не допустить ошибку. Тесты с низкой специфичностью могут сигналить о «находке», скажем, антител к таким фрагментам-антигенам, которые встречаются и у нынешнего, и у сезонных вирусов. Другими словами, специфичность диагностического теста говорит о его способности не выявлять заболевание у людей, у которых его в действительности нет. Специфичность большинства тестов на IgG антитела находится в дипазоне от 90 до 99%.

— Чем выше и чувствительность, и специфичность, тем точнее тест?

— В общем, да. Вызов для разработчиков тест-систем в том, чтобы найти золотую середину. Если оба упомянутые параметра относительно низкие, точность теста будет слабой. А при слишком высокой специфичности выше риск, что тест на антитела, например, вообще их не обнаружит. Такое возможно, если тест будет «заточен», к примеру, на поиск антител к наиболее специфичным («активным») участкам коронавируса. Известно, что таких антител может быть недостаточно для их обнаружения. Верно и обратное — при очень высокой чувствительности диагностических тестов страдает их специфичность.

ЧТО ЕЩЕ ВАЖНО

Также точность тестов зависит от правильности забора, хранения и транспортировки биоматериала: слюны, крови, продолжает эксперт. Сейчас, к примеру, нередко самому тестируемому предлагают самостоятельно брать мазок из носоглотки. Однако, если сделать это неправильно, повысится риск ложно-отрицательного результата, предупреждают специалисты.

— Еще имеет большое значение стадия заболевания — от этого зависит интенсивность выделения вируса и его концентрация в организме, — поясняет иммунолог Николай Крючков. — Так, большинство ПЦР-тестов обнаруживают новый коронавирус, как правило, лучше всего, начиная с 3 — 5-го дня с момента заражения. А когда концентрация (титр) вируса снижается, возрастает риск ложноотрицательного результата ПЦР.

Что касается тестов на антитела, то здесь, наоборот, нужно подождать подольше. Иммуноглобулины (антитела) класса М, которые сигналят об острой стадии болезни, начинают появляться на 3-4 день после заражения. И обнаруживаются в течение 3-4 недель после начала болезни. А иммуноглобулины класса G, говорящие о сформировавшемся иммунитете — нарабатываются в среднем через 20-21 день после заражения.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

«Коронавирус есть, но жалоб нет? Значит случай «мимо» статистики»: Минздрав разъяснил, кого считать заболевшим COVID-19

Новый документ объясняет, кому ставить диагноз и как определять причину смерти у зараженных коронавирусом (подробности)