Естествознание

МГУ работает над новыми удобными тест-полосками

MSU elaborated new Sensor

Люди, которые знакомы с процессом отслеживания медицинских показателей на дому (биосенсоры, тест-полоски), по достоинству оценят усилия российских учёных в том, чтобы сделать это было проще и удобнее.

В настоящее время для биосенсоров, отслеживающий в домашних условиях глюкозу, холестерин и тп, используют ферментные электроды, а исследовательская работа под руководством профессора химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Аркадия Аркадьевича Карякина занимается разработкой новых принципов функционирования устройств для персональной диагностики. Разработка новых биосенсоров – электродов, модифицированных слоем полимера, даст возможность пациентам с рядом заболеваний, при которых нужен постоянный контроль, приобретать точные, простые в использовании и в то же время недорогие приборы для самостоятельного контроля. Реагенты нового типа обещают быть проще, дешевле и качественней с точки зрения потребителя.

По селективности и чувствительности найденный метод пока что уступает ферментам. Однако, применение некоторых подходов к управлению свойствами полимерных материалов позволяет значительно улучшить их характеристики: синтез методом молекулярного импринтинга даёт сенсорные материалы, обладающие молекулярной памятью, «настроенные» на распознавание определенных веществ. Кроме того, в основу работы сенсоров положен новый принцип регистрации сигнала — изменение проводимости полимера, что способствует  повышению селективности таких сенсорных материалов.

Время не стоит на месте и работа ведётся. Культурно-политический журнал «Э-Вести» обратился авторам исследования, Вите Никитиной и Дарье Вохмяниной, с просьбой рассказать об открытии, его применении и перспективах нашим читателям.

ЭВ: Вита, скажите, пожалуйста, кому может помочь Ваше открытие? Какие именно домашние анализы могут быть упрощены с помощью нового сенсора?

В. Никитина и Д. Вохмянина: Подход  к разработке биосенсоров, используемый в нашей лаборатории, позволяет создать биосенсоры практически на любое вещество при наличии подходящего коммерчески доступного фермента. В частности, уже разработаны (био)сенсоры для определения пероксида водорода, глюкозы, лактата, глутамата и холестерина. Такие устройства позволяют селективно определять целевое соединение в сложных с точки зрения химического состава объектах, таких как кровь, пот или конденсат выдыхаемого воздуха.

Немаловажно, что для этого потребуется минимальная пробоподготовка, а процесс анализа занимает около 30 секунд. Сейчас нами разрабатывается биосенсор для анализа нескольких  компонентов в крови в течение одного измерения, что сократит время и стоимость анализа, а также объем необходимой пробы крови. Прибор легко поместится на столе врача-терапевта или в машине скорой помощи, предоставляя возможность провести анализ крови непосредственно на месте, без визита в клиническую лабораторию.

Также ведутся разработки неферментативных сенсоров, которым посвящена публикация в журнале Sensors and Actuators B: Chemical. Статья написана об альтернативных биосенсорах, а именно химических сенсорах на основе электропроводящих полимеров, которые также пригодны для анализа глюкозы или молочной кислоты (нами подана заявка на патент РФ).

ЭВ: На какой стадии коммерциализации сейчас находится изучение вопроса, когда это станет продукцией?

В. Никитина и Д. Вохмянина: Эта работа уже стала продукцией. Нашей инновационной компанией ООО «РУСЕНС» разработаны новые (био)сенсоры (имеются патенты РФ), налажено мелкосерийное производство и продажа сенсоров на пероксид водорода и биосенсоров на глюкозу и лактат для лабораторных исследований. Лабораторные установки для проведения анализа с помощью биосенсоров включают как коммерческие приборы (насосы и потенциостаты), так и собственные  разработки (проточные ячейки). Разработан портативный  прибор (см. фото), аналог коммерческих глюкометров, позволяющий проводить измерения при помощи специальных тест-полосок. Программное обеспечение позволяет самостоятельно настроить прибор на измерение различных веществ в зависимости от используемых тест-полосок путем калибровки по модельным растворам. Совместно с компанией «Юнимед» также ведется разработка отечественного коммерческого анализатора глюкозы и лактата на основе наших технологий.

ЭВ: Какие альтернативы глюкометров ищутся в мире и в России? Какими будут биосенсоры будущего?

В. Никитина и Д. Вохмянина: Один из современных трендов как в России, так и в мире – разработка неинвазивных (без прокола кожи – прим. ред.) подходов к определению содержания глюкозы. При проведении такого  анализа не повреждаются ни стенки сосудов, ни кожные покровы пациента, что исключит риск заражения при отборе крови с использованием иглы. Кроме того, неинвазивная диагностика значительно упростит каждодневную процедуру многократного прокола пальца больным сахарным диабетом, вынужденным контролировать уровень глюкозы в течение дня.

С помощью устройств альтернативных глюкометрам предлагается проводить анализ крови на глюкозу через кожный покров, без непосредственного отбора крови. На рынке уже можно найти такие приборы для индивидуального использования. Например,  анализ глюкозы в межклеточной жидкости, извлеченной с поверхности кожи с помощью   электрофореза, спектроскопия биоимпеданса, ИК-спектроскопия и другие.

Однако, пока  они не способны составить конкуренцию глюкометрам из-за неточности и недостоверности результатов, что обесценивает их неинвазивность: ошибка в измерении может стоить пациенту жизни. Более того, некоторые устройства не оправдали ожиданий бестравматичного анализа. Использование прибора, основанного на электрофорезе, например, приводило к болезненному раздражению кожных покровов пациента, поэтому такие приборы больше не выпускают. На современном рынке  нет ни одного успешного прибора для неивазивного анализа глюкозы, который мог бы по своим характеристикам сравниться с глюкометрами.

Единственной заменой глюкометров, получившей значительное распространение и коммерческую поддержку со стороны известных брендов (таких, как компания Abbot), являются датчики, имплантируемые под кожу и измеряющие концентрацию глюкозы в межклеточной жидкости в режиме реального времени. Такие сенсоры могут работать несколько недель, но, несмотря на большее удобство по сравнению с глюкометрами, все же являются травматичными для пациентов.

На этом фоне перспективным выглядит отказ от использования крови для определения уровня глюкозы. Предлагается использовать экскреторные жидкости (моча, пот, слюна, слеза, конденсат выдыхаемого воздуха) для отбора и последующего анализа. Однако необходимо проведение ряда дополнительных исследований. Во-первых, требуется установить существование надежной корреляции концентрации глюкозы в крови и отбираемой экскреторной жидкости. Во-вторых, возникает необходимость разработки или адаптации методик определения глюкозы в новом объекте. К сожалению, все существующие диагностические критерии установлены для крови, а содержание глюкозы в экскреторных жидкостях и в крови может драматически различаться. Предстоит установить эти границы для экскреторной жидкости и доказать, что содержание глюкозы в данной жидкости коррелирует с ее содержанием в крови и, более того, меняется одновременно с изменением ее содержания в крови. Известно, что использовать для этих целей слюну и мочу невозможно. Для слезной жидкости корреляция наблюдается только при самом бережном и аккуратном пробоотборе. Помимо новых методик пробоотбора нужны также методы анализа микроколичеств вещества. Компанией Google совместно с Novartis ведутся разработки «умных линз» для анализа слезной жидкости со встроенным датчиком на глюкозу. Однако чрезмерное раздражение слизистой оболочки глаза, трение или повреждение роговицы при самостоятельном использовании линз будет приводить к недостоверным показателям.

Нами активно ведутся исследования конденсата выдыхаемого воздуха и потовой жидкости. Найдена строгая корреляция содержания глюкозы в конденсате выдыхаемого воздуха с ее концентрацией в крови. Это открывает перспективу создания нового неинвазивного прибора для контроля состояния больных сахарным диабетом.