Новая технология 3-D печати снижает стоимость общего медицинского обследования
Стремление к более простому и дешевому способу проведения общих лабораторных тестов для постановки медицинских диагнозов и избежания «мытья посуды» привело исследователей Университета Коннектикута к разработке новой технологии, которая сокращает затраты и время.
Их технология на основе пипеток также может помочь сделать определенные медицинские тесты доступными в сельских или отдаленных районах,где традиционные методы могут быть слишком дорогими и сложными для проведения.
По словам исследователей, тест пипетки с трехмерной печатью, разработанный исследователями, использует то, что «уже давно является золотым стандартом для измерения белков, патогенов, антител и других биомолекул в сложных матрицах». В этом методе все еще используется энзим-связанный иммуносорбентный анализ, также известный как ELISA, но другим способом. Они подробно изложили свои выводы в недавно опубликованной статье « Аналитическая химия» .
В течение 30 или более лет ИФА использовалась для анализа крови, клеток и других биологических образцов на все: от некоторых видов рака до ВИЧ, от болезни Лайма до пернициозной анемии.
Традиционные тесты ELISA проводят на планшетах с 96 микролунками; каждая лунка работает как отдельная испытательная камера, в которой образцы могут быть объединены с различными агентами, которые затем будут реагировать с образцом, как правило, путем изменения цвета. Затем технические специалисты могут проанализировать, содержит ли образец признаки определенного заболевания или состояния в зависимости от интенсивности цвета, полученного в ходе реакции.
Несмотря на свою эффективность и точность, оборудование, используемое для запуска ELISA, является дорогостоящим, и его установка в лаборатории часто обходится в тысячи долларов, а для проведения тестирования требуется специальное обучение, поскольку неправильные методы могут привести к неверным результатам. Агенты, используемые в реальных тестах — обычно различные формы антител — также могут быть дорогими.
Как и во многих исследовательских лабораториях, химическая лаборатория Джеймса Руслинга, где проводил свою работу научный сотрудник Мохамед Шарафельдин и его основной научный сотрудник, доктор наук Картеек Кадимисетти 18 года, не имеет автоматической стиральной машины ELISA, а это означает, что пластины, используемые для испытаний, должны стирать вручную — трудоемкий и сложный процесс.
«Методы мойки ELISA требуют вечности», — сказал Шарафельдин, который в настоящее время работает над докторской диссертацией по химии. «Это очень сложно, особенно в такой лаборатории, как наша. У нас нет таких модных стиральных машин».
Когда однажды Кадимишетти проводил ИФА, он упомянул: «Я бы хотел, чтобы ИФА был так же прост, как пипетирование». Этот неожиданный комментарий послужил толчком к тому, что последовало: разработка адаптера для трехмерной печати для часто используемых пипеток, который мог бы проводить тест ELISA прямо в наконечнике пипетки, без необходимости использования традиционной пластины для ELISA и дорогостоящего оборудования, которое идет в комплекте. с этим.
Каждый одноразовый наконечник пипетки представляет собой одну лунку на планшете для ELISA; Исследователи также разработали версию с несколькими наконечниками, которая позволяет пипетировать восемь наконечников одновременно. Наконечники плотно прилегают к большинству пипеток, используемых в лабораторных условиях, что значительно облегчает обращение с жидкостью по сравнению со стандартной планшетой ELISA.
«Мы не хотели вносить большие изменения в традиционную ELISA; мы только что сделали инженерные, контролируемые изменения», — сказал Шарафельдин. «Итак, основы одинаковы. Мы используем те же антитела в тех же концентрациях, что и в обычном или традиционном ELISA, поэтому мы используем те же протоколы. Все, что может быть запущено обычным ELISA, может быть запущено этим, с преимущество в том, что он дешевле, гораздо быстрее и доступнее ».
Исследователи проверили наконечники пипеток на образцах от пациентов с раком простаты и обнаружили, что результаты анализов не только были такими же точными, как тесты ELISA, но и смогли провести тесты с одной десятой количества тестируемого агента, что значительно уменьшило общая стоимость теста — и за небольшую долю времени. Тесты, проведенные разными пользователями с разным уровнем квалификации, в конечном итоге показали одинаковые результаты.
Традиционные микролунки для планшетов ELISA вмещают 400 микролитров жидкостей в каждой, но реакции, необходимые для измерения результатов испытаний, происходят только на пластиковых стенках скважины. В то время как наконечники ELISA с трехмерной печатью вмещают всего 50 микролитров, конструкция резервуара внутри наконечника значительно увеличивает площадь поверхности, где происходят реакции, что позволяет исследователям использовать гораздо меньше дорогостоящих антител, используемых для проведения теста, и значительно сокращение времени, необходимого для обработки теста и чтения результатов.
«Здесь у нас есть камера, где реакция происходит во всех точках», — сказал Шарафельдин, имея в виду конструкцию наконечника пипетки. «Это сокращает время анализа, что очень важно, потому что анализ ELISA занимает от пяти до восьми часов. Этот анализ может быть выполнен за 90 минут».
Наконечники пипеток также не требуют дорогого или сложного считывателя планшетов для определения результатов испытаний, как это делают тесты ELISA. В исследованиях с образцами рака предстательной железы результаты наконечника пипетки были точно считаны с помощью фотографии с мобильного телефона и бесплатного приложения, которое измеряет интенсивность цвета на изображении.
Выгода, по словам Шарафельдина, заключается в том, что пользователь, проводящий тест с наконечниками пипеток, не обязательно должен быть ученым; им просто нужны простые инструкции по пипетированию, а затем сделать фотографию и отправить ее технику, который может дистанционно прочитать результаты, чтобы помочь поставить диагноз — потенциально предоставляя новые, более дешевые варианты тестирования в сельских или изолированных районах, где создается традиционная лаборатория ELISA. окажется сложным и дорогим.
Несмотря на то, что требуется дополнительное тестирование образца, Шарафельдин с оптимизмом смотрит на будущий потенциал конструкции наконечника пипетки для снижения затрат. Он также сотрудничает с инженерами для разработки автоматизированной пипетки с вакуумным приводом, которая облегчит использование наконечников пипеток и проведение тестов ELISA и будет доступна по значительно меньшей цене, чем традиционное оборудование ELISA.
