Stanford Araştırmacıları, Kan Testinin Anlık Görüntülerini Sürekli Filmlere Dönüştüren Bir Çip Üzerine Laboratuvar Kurdular

Fotoğraf : RT-ELISA prototipi üç modülden oluşur: birinci (altta), denekten alınan kan, hedef protein saptama probları ve floresan saptama antikorlarının boncuklarını içeren bir çözelti ile karıştırılır. İkinci modül (sağ üst) fazla kan hücrelerini ortadan kaldırır. Üçüncü modül (üst sol), floresan etiketli boncukları yüksek hızlı bir kamera ile ölçüm için bir algılama penceresine aktarır. (Fotoğraf : Caitlin Maikawa)

Yeni cihaz, kanın içindeki neredeyse her protein ya da molekülün seviyelerini sürekli olarak algılayabiliyor. Araştırmacılar, hastalığın tespiti, hasta izleme ve biyomedikal araştırmalar için dönüştürücü olabileceğini söylüyor.

Kan testi, en rutin tıbbi muayeneler için bile genellikle işin ilk sırasındadır. Ancak tüm teşhis gücüne rağmen bu yaygın test, zamanın tek bir anında kanın yalnızca bir anlık görüntüsünü sağlar.

Stanford’da elektrik mühendisliği ve radyoloji profesörü olan Tom Soh, “Kan testi önemli, fakat bir hastada insülin veya glikoz seviyelerinin artıp azalmadığını söyleyemez” dedi. “Değişimin yönünü bilmek önemlidir.”

Şimdi Soh, malzeme bilimi ve mühendisliği yardımcı doçenti Eric Appel ve meslektaşları ile işbirliği içinde, bu kritik ve eksik bilgiyi sağlayabilecek bir teknoloji geliştirdi. “Gerçek Zamanlı ELISA” olarak adlandırdıkları cihazları, birçok kan testini çok hızlı bir şekilde gerçekleştirebilir ve sonra bir hastanın kan kimyasının sürekli ve gerçek zamanlı izlenmesini sağlamak için ayrı sonuçları bir araya getirebilir. Araştırmacılar, anlık görüntü yerine; daha çok bir film gibi bir şey elde ediyorlar.

Nature Biomedical Engineering dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, araştırmacılar cihazı, canlı diyabetik laboratuvar farelerinde aynı anda insülin ve glikoz seviyelerini tespit etmek için kullandılar. Fakat araştırmacılar, araçlarının çok daha fazlasını yapabileceğini söylüyorlar, çünkü hemen hemen her bir ilgili protein veya hastalık biyobelirtecini izlemek için kolayca değiştirilebilir.

Sistem, teknolojik olarak Enzyme-linked Immunosorbent Assay (Enzim bağlı immünosorbent deneyi) – kısaca ELISA adı verilen mevcut bir teknolojiye dayanır. ELISA, 1970’lerin başından beri biyomoleküler keşiflerin “altın standardı” olmuştur ve kandaki hemen hemen tüm peptit, protein, antikor veya hormonu teşhis edebilir. Örneğin, ELISA testi alerjileri teşhis etmede iyidir. Ayrıca, HIV, Batı Nil ve COVID-19’a neden olan SARS-CoV-2 koronavirüs gibi virüsleri tespit etmek için de kullanılır.

Soh, “Sürekli ELISA Yapıyoruz” dedi.

Gerçek Zamanlı ELISA, esas itibarıyla bir insan saçından daha geniş olmayan minik boru ve valflere sahip bir çip içinde koca bir laboratuvardır. Bir intravenöz iğne; hastadan gelen kanı, ELISA’nın defalarca uygulandığı cihazın küçük devrelerine yönlendirir. Soh; süreci, ilgili proteine iki molekül veya antikor eklenerek bir protein sandviçi yapmaya benzetiyor. Bir antikor, belirli bir biyobelirteci aramak ve ona bağlanmak için özel olarak uyarlanabilir. Bağlandıktan sonra ikinci antikor etkin hale getirilir. Yüksek hızlı bir kamera tarafından izlenen bu antikor, ışınır ya da parlar. Bilim insanları, kan örneğinin ne kadar parlak şekilde ışıldadığına bağlı olarak, yalnızca hedef proteinin mevcut olup olmadığını değil, aynı zamanda konsantrasyonunu da belirleyebilir. Kanda ne kadar fazla hedef molekül bulunursa, numune o kadar parlak olacaktır.

Glikoz, laktat ve oksijen gibi birkaç kan belirteci için gerçek zamanlı, sürekli kan monitörleri geliştirildi; ancak Soh, teknolojiyi bu birkaç örneğin ötesine genişletmenin “son derece zor” olduğunu ispatladı. Bu nedenle Gerçek Zamanlı ELISA’nın sayısız proteine adapte olabilmesi özellikle umut vericidir.

Soh “Bunu sadece bir insülin sensörü olarak düşünmeyin. Bunu tamamen yeni ve farklı bir şekilde ELISA yapmanın bir yolu olarak düşünün.” dedi.

Gerçek Zamanlı ELISA, ilaçların ve diğer tedavilerin etkinliği hakkında anlık ve ayrıntılı geri bildirim sağlayarak biyomedikal araştırmalar için de bir nimet olabilir, ancak Soh cihazın en çok yoğun bakım ünitelerinde ve zamanın ve doğruluğun çok önemli olduğu acil servislerde yararlı olacağını düşünüyor.

Bir örnek olarak Soh, COVID-19 hastalığının tetiklediği “sitokin fırtınasına” işaret ediyor. Hastalık başlarken hastanın bağışıklık sistemi yüksek savunma alarmına geçer ve sitokin olarak adlandırılan, çok sayıda hastalıkla savaşan sinyal proteinleri üretir. Bazı örneklerde vücut, hastalık kontrol altına alındıktan sonra bile tehdit düzeyini azaltmayı başaramaz; bunun yerine sepsise ve iç organ yetmezliğine yol açabilen çok daha fazla sitokin üretir. Soh, doktorlara bir hastadaki sitokin seviyelerinin tedaviye yanıt olarak düşüp düşmediğini söyleyen Gerçek Zamanlı ELISA’nın gelecekteki bir versiyonunu öngörüyor.

Soh ve ekibi, IL-6 olarak bilinen anahtar bir sitokini ölçmek için cihazı halihazırda modifiye etmeye çalışıyor. Şu anda IL-6 testlerinin işlenmek üzere bir laboratuvara gönderilmesi gerekiyor ve sonuçların geri alınması üç gün sürüyor. Soh, “Sepsiste zaman çok önemli – geçen her saat, ölme olasılığınız yüzde 8 artıyor” dedi. “Hastaların tek bir test için üç günü yok. Bunun hayat kurtarıcı etkileri olabilir. ”

“Canlı hayvanlarda glukoz ve insülinin gerçek zamanlı sürekli tespiti için floresan sandviç immünolojik testi” başlıklı çalışmadaki diğer Stanford ortak yazarları arasında doktora sonrası akademisyen Mahla Poudineh ve doktora adayı Caitlin Maikawa (yardımcı yazarlar) ve profesörler Jelena Vuckovic ve Seung Kim yer alıyor. Araştırma, Stanford Anne ve Çocuk Sağlığı Araştırma Enstitüsü’nün Chan-Zuckerberg Biohub, Stanford Diyabet Araştırma Merkezi Pilot Grant ve Transdisipliner Girişimi Programı (TIP) tarafından desteklendi.

Kaynak : stanford.edu