新的芯片实验室将血液测试快照变成连续的电影

即使是最常规的体检，验血也往往是第一项工作。

但是，尽管有强大的诊断能力，这种常见的检测只能提供血液在某一时刻的快照。

斯坦福大学电气工程和放射学教授汤姆·苏(Tom Soh)说:“血液测试很好，但它不能告诉你，例如，病人的胰岛素或葡萄糖水平是在升高还是降低。”“了解变化的方向很重要。”

现在，Soh与材料科学与工程助理教授Eric Appel及其同事合作开发了一种技术，可以提供这一缺失的关键信息。他们的设备被称为“实时ELISA”，能够非常快速地进行许多血液测试，然后将各个结果拼接在一起，从而实现对患者血液化学的持续实时监测。研究人员最终得到的不是快照，而是更像一部电影。

在一项发表在杂志上的新研究中自然生物医学工程在美国，研究人员使用该设备同时检测活的糖尿病实验室大鼠的胰岛素和葡萄糖水平。但研究人员表示，他们的工具能够做得更多，因为它可以很容易地进行修改，以监测几乎任何感兴趣的蛋白质或疾病生物标志物。

从技术上讲，该系统依赖于一种称为酶联免疫吸附测定- ELISA(简称“ee-LYZ-ah”)的现有技术。自20世纪70年代初以来，ELISA一直是生物分子检测的“金标准”，几乎可以识别血液中的任何肽、蛋白质、抗体或激素。例如，酶联免疫吸附试验就能很好地识别过敏。它还用于发现艾滋病毒、西尼罗河病毒和导致COVID-19的SARS-CoV-2冠状病毒等病毒。

“我们一直在做ELISA，”Soh说。

实时酶联免疫吸附试验(Real-time ELISA)本质上是一个芯片里的整个实验室，里面有比头发丝还宽的小管道和阀门。静脉注射针将病人的血液引导到设备的微小电路中，在那里反复进行ELISA。

Soh将这一过程比作制作一个蛋白质三明治，其中两个分子或抗体附着在感兴趣的蛋白质上。一种抗体可以定制，以寻找并锁定特定的生物标志物。一旦它附着，第二抗体就会被激活。这种抗体会发出荧光，由高速摄像机监控。根据血液样本发光的亮度，科学家不仅可以确定目标蛋白质是否存在，还可以确定其浓度。血液中的目标分子越多，样本就越亮。

Soh说，针对葡萄糖、乳酸和氧气等少数血液标志物，已经开发出了实时、连续的血液监测仪，但将技术扩展到这几个例子之外被证明“极其困难”。这就是为什么实时ELISA对无数蛋白质的适应性特别有前途。

“不要认为这只是一个胰岛素传感器。我们可以认为这是一种全新的、不同的ELISA方法。”

实时酶联免疫吸附试验(Real-time ELISA)也可能被证明是生物医学研究的福音，为药物和其他疗法的有效性提供即时和详细的反馈，但Soh认为该设备将在重症监护病房和急诊室最有用，因为在这些地方，时间和准确性是至关重要的。

他举了新冠肺炎引发的“细胞因子风暴”为例。随着病情的发生，患者的免疫系统进入高度防御戒备状态，并产生大量对抗疾病的信号蛋白，即细胞因子。在某些情况下，即使疾病得到控制，身体也不能降低威胁水平，而是产生越来越多的细胞因子，这可能导致败血症和内部器官衰竭。

Soh设想了一个实时ELISA的未来版本，告诉医生患者体内的细胞因子水平是否因治疗而降低。Soh和他的团队已经在修改该设备，以测量一种被称为IL-6的关键细胞因子。目前，IL-6检测必须送到实验室进行处理，需要三天时间才能得到结果。

“在败血症中，时间是关键——每过一个小时，你的死亡概率就增加8%，”Soh说。“病人没有三天的时间做一次测试。这可能会挽救生命。”

参考:李志强，李志强，李志强，等。一种实时连续检测活体葡萄糖和胰岛素的荧光三明治免疫分析法。Nat Biomed Eng．2020.doi: 10.1038 / s41551 - 020 - 00661 - 1

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