Диагноз за минуты

Природу болезни удается выяснить с помощью молекул, созданных специалистами Уральского федерального университета и Института органического синтеза УрО РАН им. И. Я. Постовского. Как утверждают исследователи, новое устройство будет дешевле аналогов: у него недорогие компоненты, а основа не биологическая, а синтетическая.

«Платформа, созданная нашим научным коллективом вместе с индустриальным партнером, определяет природу возбудителя инфекционного заболевания — вирусную (грипп, корь, коксаки и другие) или бактериальную, — а также наличие некоторых антибиотиков, например хлорамфеникола. Особенностью разработки является ее химическая основа — способность оригинальных органических молекул избирательно взаимодействовать с вирусными белками и некоторыми антибиотиками», — пояснила соавтор исследования директор Научно-образовательного и инновационного центра химико-фармацевтических технологий УрФУ Алиса Козицина.

На электрод наносится капля раствора, который необходимо проанализировать (кровь или слюна, смешанные с буферным раствором, чтобы обеспечить нужную электрическую проводимость); затем на ноутбуке запускается программа, и через несколько минут на экране появляется результат

Никита Колбасин

Быстрее, надежнее и дешевле

По словам разработчиков, устройство дает результат в течение пяти минут. Для этого необходимо сделать мазок в носоглотке, поместить его в раствор и капнуть на датчик, который покажет результат на мониторе компьютера.

Портативная платформа будет полезна и врачам, и пациентам. Она поможет подобрать подходящую терапию и, к примеру, не назначать антибиотики без необходимости.

«Стимул» уже писал об этой группе ученых, они разрабатывают целую серию устройств — электрохимических сенсоров, в которых биологические рецепторы заменяют на синтетические аналоги. Предыдущая статья была посвящена сенсорному устройству для определения уровня холестерина в крови. Работа над этим прибором продолжается. Систему уже проверили на реальных образцах крови, сейчас идут исследования с целью получить возможность замерять уровень эстерифицированного холестерина.

На кафедре аналитической химии и в Научно-образовательном и инновационном центре химико-фармацевтических технологий Химико-технологического института УрФУ занимаются созданием сенсоров на основе синтетических веществ с начала 2000-х годов.

Сейчас в медицинской практике в основном используются биосенсоры — компактные оптические или электрохимические портативные устройства, распознающий элемент в которых биологического происхождения. Это могут быть ферменты, антитела, молекулы ДНК, РНК, целые клетки, фрагменты тканей и так далее. Они показывают, что в пробе присутствует определенное вещество.

Но у биологических рецепторов есть серьезные недостатки: их добывают из живых организмов, что довольно сложно и дорого; кроме того, им необходимы специальные условия хранения. И в мировой медицине есть запрос на замену биологических компонентов синтетическими аналогами, которые можно относительно простым способом синтезировать в лаборатории. Они будут дешевле в производстве, проще в хранении и будут давать более стабильные и воспроизводимые результаты. Кроме того, сейчас есть тренд на миниатюризацию различных медицинских устройств.

«Можно привести простой пример, — рассказал в беседе со “Стимулом” один из авторов исследования доцент кафедры аналитической химии УрФУ Андрей Охохонин. — Вы приходите к врачу, он задает какие-то вопросы, делает предположение о диагнозе и дает направление на анализы. Вы идете в лабораторию, сдаете биологический материал, через несколько дней получаете результаты и с ними опять идете в поликлинику. Этот процесс можно ускорить, если в кабинете у врача будет серия портативных приборов, которые с некоторой, может быть не очень высокой, точностью проводят анализ прямо в присутствии пациента. Подобные устройства можно также использовать в сельских больницах или передвижных лабораториях».

Доцент кафедры аналитической химии УрФУ Андрей Охохонин

Никита Колбасин

Система на чипе

Электронная основа устройства — так называемая программируемая система на чипе, пока еще китайского производства. Уральские ученые ее определенным образом запрограммировали, чтобы она работала как потенциостат. Потенциостат позволяет накладывать определенный потенциал на рабочий электрод, на котором закреплены оригинальные молекулы, синтезированные уральскими учеными, и на который нанесен анализируемый раствор. При подаче потенциала происходит электрохимическая реакция взаимодействия молекулы с аналитом.

«Под электродом мы подразумеваем пластинку из полимера, на ней методом трафаретной печати напечатаны три дорожки из электропроводящей пасты — рабочий электрод, электрод сравнения и вспомогательный, — поясняет Андрей Охохонин. — Рабочий электрод мы модифицируем нашими оригинальными молекулами. Относительно электрода сравнения задается потенциал на рабочем электроде. А вспомогательный электрод нужен для того, чтобы на нем протекала реакция, противоположная реакции на рабочем электроде. Пластинка с электродами — это одноразовый сменный сенсор, как в глюкометре».

Исследователи УрФУ используют электроды, произведенные коллегами с химического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, но в дальнейшем они планируют изготавливать свои сенсоры.

«Мы капаем на электрод раствор, который хотим проанализировать, это может быть биологический материал — кровь или слюна. Как правило, мы смешиваем биологическую жидкость с буферным раствором, чтобы обеспечить нужную электрическую проводимость. Затем запускаем на ноутбуке программу и через пару минут видим результат — концентрацию интересующего нас вещества».

По словам разработчиков, система для экспресс-диагностики вирусных и бактериальных заболеваний уже прошла испытания, ведутся переговоры с промышленным партнером. Осенью этого года специалисты ожидают первый образец для промышленного производства.