Обнаружение перенесенного инфаркта

Примерно в 30% случаев инфаркта у пациентов отсутствуют симптомы. Однако в кровотоке в течение нескольких дней остаются явные признаки приступа. Исследователи из MIT совместно с Центром сердечно-сосудистых исследований Массачусетской больницы общего профиля разработали крошечный имплантат, способный обнаруживать эти признаки. Это может помочь врачам быстрее определить, был ли у пациента инфаркт.

В исследовании на мышах команда показала, что новые имплантаты могут обнаруживать три белка, уровень которых резко возрастает после инфаркта. Такие устройства можно использовать для мониторинга пациентов с высоким риском сердечного приступа, позволяя врачам быстрее реагировать и предотвращать развитие более тяжелых заболеваний сердца.

Самое удивительное, что исследователи обнаружили: сенсоры не только выявляют белки, но и показывают, сколько белка вообще присутствовало. Это полезно, поскольку позволяет обнаруживать биомаркеры (биологические молекулы, указывающие на заболевание), даже если их уже нет в кровотоке, — говорит Майкл Сима, профессор материаловедения и инженерии, старший автор статьи, опубликованной 13 февраля в Nature Biotechnology.

Новая работа основана на более ранних исследованиях. В 2009 году Сима и другие сообщили о сенсоре, способном обнаруживать хорионический гонадотропин человека — гормон, который чрезмерно вырабатывается некоторыми раковыми клетками. Новое исследование демонстрирует, что технология сенсора может работать с рядом других молекул в концентрациях, встречающихся в организме.

Сима и его коллеги решили модифицировать сенсор для работы с заболеванием, имеющим четко определенные биомаркеры. Они объединились с кардиологом MGH доктором Полом Хуангом, профессором Гарвардской медицинской школы, чтобы изучить болезни сердца, поскольку уже установлено, что три белка — миоглобин, сердечный тропонин I и креатинкиназа — достигают пика в характерной последовательности после инфаркта.

«Если вы обращаетесь в отделение неотложной помощи с подозрением на инфаркт, у вас берут анализ крови и проверяют его на наличие этих конкретных белков», — говорит Сима. «Если говорить о раке, то там нет общепризнанных маркеров».

Первыми авторами статьи в Nature Biotechnology являются аспиранты: Ибо Линг (лаборатория Симы), Терренс Понг (лаборатория Хуанга) и Крис Василиу (лаборатория Симы).

Специфическое обнаружение

Небольшой имплантат в форме диска толщиной 2 мм и шириной 8 мм содержит частицы оксида железа, покрытые антителами, нацеленными на конкретный биомаркер. Полупроницаемая мембрана позволяет белкам-мишеням проникать в устройство, где они связываются с антителами. В этом исследовании ученые имплантировали шесть сенсоров — по два для каждого биомаркера инфаркта — под кожу каждой мыши и считывали их показания с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Важное открытие заключается в том, что выходной сигнал всех трех сенсоров оказался пропорционален размеру повреждения сердца, говорит Хуанг. Таким образом, их можно использовать не только для обнаружения инфаркта, но и для быстрой оценки его тяжести.

Это исследование знаменует собой первый случай, когда имплантируемые сенсоры были использованы для обнаружения трех различных биомаркеров, говорит Ли Джозефсон, доцент Центра исследований молекулярной визуализации MGH. «Это показывает, насколько универсальна данная методика», — говорит Джозефсон, не участвовавший в исследовании. Потенциальные области применения включают не только обнаружение болезней сердца и рака, но и мониторинг уровня глюкозы у пациентов с диабетом.

Сейчас Сима разрабатывает имплантат, измеряющий pH (уровень кислотности), который может быть полезен для выявления болезней сердца или рака. (Опухоли более кислые, чем здоровая ткань, а резкое повышение кислотности является почти мгновенным индикатором инфаркта.)

В будущем он надеется модифицировать эти сенсоры для обнаружения низких уровней трудноуловимых бактерий или вирусов, а также мигрирующих опухолевых клеток. «Это может быть способ поиска чрезвычайно малых или чрезвычайно кратковременных концентраций биологических маркеров», — говорит он.

Текущая версия имплантата пригодна для использования около двух месяцев, но Сима считает, что срок службы устройств можно увеличить, используя антитела, которые не так быстро разрушаются.