Миниатюрный чип быстро распознаёт клетки крови на выбор

Прибор, недавно испытанный в США, позволяет легко захватить специфический вид иммунных клеток и аккуратно изолировать их от остальных ингредиентов крови. Исследователи и медики надеются, что новый чип пригодится в подборе эффективного лечения после ожогов и травм, а также поможет понять, почему иногда иммунная система выходит из-под контроля организма.

Новое миниатюрное устройство нацелено на извлечение из образца крови нейтрофилов, одной из разновидностей лейкоцитов. Они отвечают за ответ иммунной системы при различного рода повреждениях, захватывая и уничтожая бактерии и другие вторгшиеся чужеродные агенты.

В то же время излишняя реакция нейтрофилов на травму способна привести к развитию общего воспаления — сепсиса — иной раз более опасного, чем исходная инфекция. Нетрудно понять, почему определение свойств лейкоцитов у конкретного пациента поможет выбирать наиболее подходящие препараты и индивидуально регулировать иммунный ответ.

Для демонстрации стабильности технологии авторы устройства испытали целую серию своих микропотоковых устройств (шкала по горизонтали – их номера). В частности, учёные измерили суммарную массу извлечённых из одинаковых проб крови молекул РНК (шкала по вертикали, нанограммы) (иллюстрация Kenneth T. Kotz et al./ Nature Medicine).

Научиться оперативно и без повреждений выделять нейтрофилы из крови для их последующего анализа — важно для успеха лечения. Но не только для него. Две молодые науки — геномика и протеомика — давно ждут такую технологию. Ведь до сих пор изоляция нейтрофилов из "валового" потока технически была сложна, а само выделение занимало слишком много времени.

К тому же прежняя процедура фильтрации порой убивала клетки либо непреднамеренно активировала в них некоторые молекулы, в самом пациенте не работающие, что нарушало картину.

Всё это не очень удобно для лабораторий, а для клинического применения и вовсе не годится. Потому столь ценно нынешнее изобретение. Микропотоковый чип справляется с задачей выделения нейтрофилов за пять минут, причём ему хватает 150 микролитров крови, чтобы выдать достаточно клеток для анализа. А провести процедуру может медсестра прямо у постели больного.

"Мы старались спроектировать максимально простой чип", – поясняет Кен Коц (фото с сайта sbi.org).

Разработали новинку Кен Коц (Ken Kotz) из Центра медицинского инжиниринга массачусетского госпиталя, Кэрол Миллер-Грациано (Carol Miller-Graziano), директор лаборатории иммунобиологии университета Рочестера, и их коллеги из ещё доброй пары десятков американских университетов и научных центров.

Для изготовления сердцевины чипа из полидиметилсилоксана исследователи использовали фотолитографию. Отформованную деталь с микроканалами внутри запечатали меж двух стеклянных пластинок, добавив "бутерброду" входные и выходные отверстия.

Внутреннюю поверхность микроканалов в самом полимере покрыли (в качестве "биоклея") белком нейтравидином (neutravidin), а затем специфическими антителами, которые избирательно связываются с нейтрофилами. (Детали — в статье в Nature Medicine.)

Общий вид чипа и принцип его работы. Входной поток постепенно разделяется на 16 каналов, в которых и происходит захват заданных человеком клеток. Далее кровь вновь сводится в единый "сток" (иллюстрации Kenneth T. Kotz et al./ Nature Medicine).

Когда кровь проходит через внутренние каналы чипа, нейтрофилы "зацепляются" за антитела, а остальные компоненты крови идут дальше. Этот принцип, к слову, схож со схемой работы штрихкодового чипа крови.

После взятия пробы остаётся только воспользоваться набором реактивов для выделения из неё генетического материала и белков. Их уже можно определить и переписать существующими методами.

Новый прибор прошёл тесты с кровью нескольких реальных пациентов, у которых были различного рода травмы и воспалительные процессы. Выделенные клетки крови успешно удалось "разобрать на кирпичики", идентифицировав кучу активных генов, участвующих в иммунном ответе.

Поток крови авторы технологии пропускали через чип с точно выдержанной скоростью при помощи шприцевого насоса от компании Harvard Apparatus (фото с сайта utoronto.ca).

Создатели биочипа проверили и его способность к хранению, показав, что после 12 месяцев "выдержки" в холодильнике чип не теряет своих "захватнических" свойств.

Вдохновлённые успехом авторы устройства уже распространили апробированный принцип на другие типы клеток. Учёные смогли с аналогичным чипом изолировать лимфоциты и сейчас работают над созданием такого же чипа для моноцитов. Возможность быстрого избирательного анализа этих групп поможет исследователям детальнее разобраться с работой иммунной системы при различных заболеваниях.