Ученые определили, что пористые мембраны, используемые в медицинских анализах, в три раза лучше улавливают интересующие врачей молекулы, если пропускаемый через них раствор проходит под давлением. В данном случае жидкость равномернее распределяется в порах мембраны, благодаря чему риск занизить результаты анализа из-за «потери» части молекул снижается.

Авторы доказали эффективность данного подхода, использовав для анализа интерлейкин — вещество, задействованное в воспалительном процессе при артрите и некоторых других заболеваниях. Предложенный метод поможет увеличить точность иммуноферментного анализа, который используется для диагностики воспаления в организме человека.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Micro.

Пористые полимерные мембраны широко используются в медицине, чтобы анализировать в крови молекулы, связанные с воспалением. Их основное преимущество заключается в том, что они улавливают большее число молекул по сравнению с плоскими поверхностями, не содержащими поры. Другими словами, пористые мембраны с меньшей вероятностью «пропускают» мимо себя интересующие медиков частицы, делая анализ точнее. Однако, с другой стороны, такая структура со множеством отверстий усложняет прохождение молекул от поверхности в глубь материала. В результате этого часть молекул может вообще не преодолеть такое «препятствие» и исказить результаты анализа в меньшую сторону. Чтобы решить эту проблему, можно прокачивать анализируемую смесь под давлением, которое поможет равномерно распределить анализируемую жидкость в порах и облегчить ее «путь».

Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) и Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины имени академика Ю.М. Лопухина (Москва) сравнили два способа нанесения пробы на пористые мембраны: инкубацию и пропускание под давлением. В первом случае содержащиеся в растворе молекулы проникали в поры пассивно, путем диффузии, в то время как во втором раствор активно проходил в глубь мембраны.

В качестве анализируемого вещества авторы использовали интерлейкин — соединение, участвующее в развитии воспаления при таких заболеваниях, как ревматоидный артрит, воспаления кишечника и некоторые аутоиммунные расстройства. Датчики для точного анализа уровня интерлейкина высоко востребованы в медицине, поскольку помогут быстро диагностировать данные заболевания.

Измерив количество интерлейкина, осевшего на мембрану при обоих использованных методах, авторы выяснили, что при прокачке под давлением мембрана улавливала примерно в три раза больше молекул, чем при простой инкубации. Это можно объяснить тем, что благодаря равномерному распределению жидкости под действием давления в процессе связывания интерлейкина участвовало больше слоев мембраны.

«Наши результаты открывают перспективы для разработки высокоточных датчиков на основе пористых полимерных мембран. Предложенный подход можно масштабировать для анализа образцов относительно большого объема и собирать интересующий нас белок, присутствующий в пробе в малой концентрации. Мы считаем, что наш подход может быть применен к мембранам из других материалов, например из нитроцеллюлозы, и другим биохимическим системам. В ближайшее время мы планируем использовать наши методики для обнаружения мелатонина — гормона, который регулирует циклы сна и бодрствования», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, ведущий научный сотрудник лаборатории МГУ имени М.В. Ломоносова, кандидат физико-математических наук Дмитрий Багров.