传感器可以快速、准确和廉价多脓毒症生物标志物的检测
许多威胁生命的疾病,如脓毒症,是由血源性病原体引起的,不能检测到足够准确、迅速启动合适的疗程。已经被一个未知病原体感染的病人和进步明显的脓毒症,每小时一个有效的抗生素不能管理显著增加了死亡率,所以时间是最本质的东西。
快速诊断败血症的挑战源于测量这一事实只有一个生物标志物通常不允许一个明确的诊断。工程师们努力了几十年同时量化多个生物标志物在全血高特异性和敏感性医疗点诊断应用程序(POC)这将避免耗时和昂贵的血液处理步骤的信息分子生物标志物可能丢失。
现在,哈佛大学的一个多学科团队的生物工程研究所和英国巴斯大学,英国由唐纳德·因格贝尔Wyss创始主任,医学博士博士,Wyss高级职员科学家一生快活,博士,进一步发展了理工学院的eRapid affinity-based,低成本的电化学诊断传感器平台多路检测全血的临床相关的生物标志物。设备使用一种新型石墨烯nanocomposite-based表面涂层,并演示了准确检测三个不同的脓毒症同时生物标志物。研究结果发表在先进功能材料。
“在这项研究中,我们采取了一个重要的一步部署我们的电化学传感器平台的快速、敏感的检测在临床设置多个分析物在人体全血。我们这里开发的纳米复合涂料是便宜的,它有可能改变不仅现场即时诊断为败血症生物标记测试,但更广泛的生物标记,可以在集多路复用报道许多疾病和条件,“因格贝尔说,他也是一个领导Wyss研究所Bioinspired治疗和诊断平台,与血管生物学教授Judah Folkman的哈佛医学院和波士顿儿童医院,和海洋生物工程教授。
因格贝尔,快活,Wyss团队也正在开发eRapid电化学传感器与新设计的石墨烯纳米复合材料涂层作为一个关键组成部分COVID医疗点诊断,创伤性脑损伤,心肌梗塞,和许多其他疾病。
通过开发电化学sepsis-sensing技术,因格贝尔的团队建立在早些时候发表在工作自然纳米技术,他们已经解决了这个问题的“生物淤积”eRapid技术与电化学传感元素。理论上,电化学生物传感器将许多临床应用的首选,因为他们的能力量化生物样本的内容通过直接将生物标志物的绑定事件转换为电子信号,低功耗和成本,容易集成和诊断的读者。然而,尤其当使用全血,许多血液是非绑定到组件表面涂层传感器的电极,导致退化,以及电噪声的形式错误的信号。
团队的eRapid技术使用一种新型防污纳米复合材料涂层电极的绑定试剂连接捕捉生物标记分子从少量的血液和其他复杂的生物液体。在化学检测其中任何一个生物标记分子具有灵敏度高、选择性好,eRapid平台生成一个电极,相关的电信号强度与目标分子检测的水平。最初的纳米复合材料涂层允许优秀的化学转换成电信号,并依靠小导电金纳米线被嵌入到一个矩阵的交联蛋白被称为牛血清白蛋白。然而,黄金的高成本材料的主要障碍为临床应用eRapid商业化。
“在我们先进eRapid版本,我们取代了涂层的黄金纳米线与氧化石墨烯nanoflakes也有防污和电化学性能,但他们是便宜得多,让测量更敏感。事实上,制造的纳米复合材料的成本降低到原来的成本的一小部分,结合传感技术的速度,效率,和多功能性使eRapid平台应该直接的商业影响,”快乐的说。
优化和描述他们的纳米复合材料涂层后绑定化验炎性细胞因子白介素6日团队应用脓毒症的诊断。从本质上讲,通过附加一个抗体分子的涂层结合原降钙素(PCT)和添加第二个PCT-specific抗体与酶的复杂,从化学沉淀形成基质和沉积涂层。这改变当前的电子到达电极,并帮助注册PCT绑定事件作为一个电子信号。
“我们证明了这个元素电化学传感器可以检测PCT高精度全血,和验证通过量化PCT水平21例临床样本,直接比较其与传统ELISA试验——优秀的相关性,”第一作者说UrošZupančič,他是一个大学的访问学者因格贝尔集团浴。Zupančič是博士生指导这项研究的合著者Despina Moschou,博士,巴斯大学的讲师,佩德罗Estrela,博士,副教授和中心的生物传感器,生物电子学和Biodevices大学。
团队然后扩展他们的方法同时检测多个败血症生物标志物还设计传感器元素的c反应蛋白,另一个脓毒症生物标志物,其分子模式(pamp)。PAMP时传感器元素特别是利用Wyss研究所的广谱病原体捕捉技术,使用基因工程蛋白质称为FcMBL,结合超过100不同病原体的所有类,以及分子的表面时释放到血液病原体被杀(PAMP)和行为引发败血症级联。
“组装三个专用的电化学传感器元素在截然不同的生物标记物,可以存在于血液浓度在单个芯片上构成了巨大的挑战。然而,三个元素在最后传感器表现出特定的反应在临床上重要的范围内而不干扰对方,他们也用51分钟的周转时间,满足临床需要的第一个小时内脓毒症诊断,“Zumpančič说。
使当前eRapid技术更加有效和有用的临床样本分析,研究小组综合用微流控系统,拿出处理传感器所涉及的人为因素在实验室里,并提高生物标志物绑定事件的数量在其表面。这允许生物标志物分析与系统自动化,并使研究人员测量PCT减少周转时间7分钟。
参考:ZupančičU,欢乐的P, Estrela P, Moschou D,因格贝尔DE。石墨烯启用低噪声表面化学对多路复用败血症生物标志物检测全血。副词功能板牙。2021年。doi.org/10.1002/adfm.202010638
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