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.

Рис. 1. Нейтрофил (фото University College London).

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.

Рис. 2. 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.

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.

Мы старались спроектировать максимально простой чип", – поясняет Кен Коц.

Рис. 3. Кен Коц (фото с сайта sbi.org).

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).

Рис. 4. 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.

Рис. 5. 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.

Результаты исследований опубликованы в статье: Kenneth T Kotz, Wenzong Xiao, Carol Miller-Graziano, Wei-Jun Qian, Aman Russom, Elizabeth A Warner, Lyle L Moldawer, Asit De, Paul E Bankey, Brianne O Petritis, David G Camp II, Alan E Rosenbach, Jeremy Goverman, Shawn P Fagan, Bernard H Brownstein, Daniel Irimia, Weihong Xu, Julie Wilhelmy, Michael N Mindrinos, Richard D Smith, Ronald W Davis, Ronald G Tompkins, Mehmet Toner & the Inflammation and the Host Response to Injury Collaborative Research Program Clinical microfluidics for neutrophil genomics and proteomics. – Nature Medicine 16 , 1042–1047 (2010) doi:10.1038/nm.2205.

По материалам: