Nyt værktøj udviklet til at diagnosticere og overvåge autoimmune lidelser

Forskere fra Prokhorov General Physics Institute ved Det Russiske Videnskabsakademi og Moskva Institut for Fysik og Teknologi har udviklet en ny metode til diagnosticering og overvågning af autoimmune lidelser. Inden for blot 25 minutter, deres nye biosensor måler ikke kun koncentrationen af ​​autoantistoffer i humant blodserum med ekstrem høj følsomhed, men også - for første gang - kvantificerer deres aktivitet. Kombinationen af ​​disse parametre gør det muligt at udarbejde nye diagnostiske kriterier for autoimmune sygdomme, samt nye tilgange til deres behandling. Avisen blev udgivet i Biosensorer og bioelektronik , det højest rangerende videnskabelige tidsskrift inden for biosensing-teknologi og analytisk kemi.

Autoantistoffer produceret af immunsystemet fejlfortolker organismens celler og organer som mål, forårsager autoimmune lidelser. Autoantistofferne er forbundet med mere end 80 alvorlige autoimmune sygdomme lige fra reumatoid arthritis, psoriasis, og lupus til multipel sklerose og type 1-diabetes. Mange af dem kræver livslang pleje og behandling for at lindre lidelse.

Autoantistoffer er til stede i blodet hos omkring 10 % af befolkningen. På grund af en høj forekomst af autoimmune lidelser, den økonomiske virkning er enorm og skønnes for nogle lande at være dobbelt så stor som kræft. Autoantistoffer optræder i blodet længe før klinisk debut, og deres karakteristika kan bruges til at forudse sygdomsaktivitet og sværhedsgrad.

I øjeblikket, behandlingen af ​​autoimmune sygdomme er væsentligt kompliceret på grund af dramatiske variationer i resultaterne af kommercielle test fra forskellige producenter.

"Afhængigt af laboratoriet, der kører testen, og den anvendte metode, autoantistofkoncentrationen målt i samme prøve på samme tid kan variere med en faktor på 10, " siger en af ​​avisens forfattere Alexey Orlov, en seniorforsker fra Biophotonics Lab ved GPI RAS og Nanobiotechnology Lab ved MIPT, en 2010 kandidat fra MIPT. "Faktisk, ingen kunne stole på autoantistofkoncentration som en kvantitativ parameter til at evaluere terapieffektiviteten."

Sådanne uoverensstemmelser i testresultater stammer fra den komplekse natur af autoantistoffer. Et autoantistof omfatter et sæt af mange heterogene molekyler, der interagerer med hinanden og med et mål på væsentligt forskellige måder. Indtil nu, ingen teknik har givet kapacitet til at tage højde for denne faktor.

Også, eksisterende metoder, udbredt i klinisk praksis, giver ikke mulighed for at karakterisere antistofaktivitet - den parameter, der viser, hvor ødelæggende antistofferne er over for målvæv. Forfatterne har udviklet et værktøj, der behandler begge problemer på én gang:Det udfører hurtige højfølsomhedsmålinger af autoantistofaktivitet og -koncentration.

Et andet innovativt træk er den samtidige bestemmelse i en enkelt prøve af koncentrationen og aktiviteten af ​​autoantistoffer mod flere mål. En sådan tilgang øger væsentligt den diagnostiske værdi af løsningen, fordi forskellige niveauer af autoantistoffer mod forskellige mål kan være tegn på forskellige sygdomme. En korrelationsanalyse af de data, der samtidig opnås på flere autoantistoffer, kan forbedre nøjagtigheden af ​​diagnostik betydeligt.

"Det er derfor, vi kalder vores system multiplex, eller multiparametrisk, " nævner studiets medforfatter Averyan Pushkarev, en MIPT-ph.d.-studerende og 2018-alumne. "En stærk fordel er de forbrugsstoffer, der bruges i vores teknik:Vi bruger et standard mikroskopdækglas. Dets lave pris er især vigtigt for massemedicinsk diagnostik, som kræver engangsforbrugsvarer."

Mens undersøgelsen viser den samtidige karakterisering af antistoffer mod to mål, holdet arbejder på at øge dette antal. Ved at bruge mikrochipteknologien, for eksempel, tusindvis af mål på 100 mikron kan anbringes på et glas.

I den nye teknik, en dråbe patientblodserum føres hen over glasglasoverfladen. Hvis der er antistoffer i serumet, de finder deres mål aflejret på glasset og binder sig til dem, forøgelse af biolagets tykkelse på glasset. Under glasset, der er et interferometrisystem udviklet hos GPI RAS. Denne unikke optiske læser muliggør realtidsmålinger af tykkelsen af ​​det molekylære lag i hvert sted på glasoverfladen.

"En grundlæggende vigtig detalje:I modsætning til en lang række andre metoder, vi har autoantistofferne interagerer med bevægelige mål snarere end dem, der er immobiliseret på en overflade, " Orlov tilføjer. "Dette er den første løsning nogensinde, der tillader undersøgelse af autoantistofinteraktion med mål i deres naturlige form og miljø, som de er til stede i en levende organisme."

Dette opnås som følger:Når et autoantistof binder sig til et mål på glasset, forskerne pumper en opløsning af frie målmolekyler langs glasset. På det tidspunkt, forfatterne implementerer en tilgang, som ingen har været i stand til at omsætte i praksis til den nævnte vigtige opgave. Hvert autoantistof har et eller flere genkendelsesfragmenter, kendt som Fab-fragmenter eller 'hænder', som kan genkende og gribe mål. I testen, et autoantistof griber det immobiliserede mål med den ene 'hånd' og bruger de andre til at fange mobile mål fra serumprøven. Denne proces leverer kvantitative data om den faktiske (native) aktivitet af antistoffer. I øvrigt, denne opsætning, på den ene side, giver autoantistof immobilisering på glasset i deres naturlige form; og på den anden side, minimerer bindingen af ​​fremmede komponenter, der kan påvirke resultaterne.

"Vi har udviklet ikke kun en effektiv diagnostisk test, men også et unikt værktøj til undersøgelse af autoantistoffer, " kommenterer avisens seniorforfatter Petr Nikitin, der leder Biophotonics Lab ved GPI RAS og er uddannet i MIPT i 1979. "Ved at bruge patientblodprøver, vi har vist, at den kvantitative parameter for autoantistofaktivitet er uafhængig af deres koncentration. Klinikerne har nu et værktøj til kvantitativ overvågning af begge nøgleparametre i et sygdomsforløb, og udarbejdelse af nye avancerede metoder til diagnostik og behandling af autoimmune lidelser."