∙Новый микрожидкостный датчик-зонд улучшает метод окрашивания тканей при гистопатологических исследованиях
∙Более гибкий и точный метод снижает необходимость в крупных биопсийных образцах
∙Подтверждение правильности концепции придает новый импульс развитию и широкому использованию патологии как исследовательской дисциплины
Ученые корпорации IBM разработали гибкий бесконтактный микрожидкостный кремниевый датчик-зонд, который может помочь исследователям, лечащим врачам, патологоанатомам и судебно-медицинским экспертам в более точном анализе образцов биологических тканей для диагностики заболеваний и медицинских и фармацевтических исследований.
Метод окрашивания широко используется в патологических исследованиях для выявления маркеров различных заболеваний в образцах биологической ткани пациентов. Точнее говоря, маркер определенного заболевания связывается с антителом, которое затем химически окрашивается или меняет цвет при контакте с пораженной тканью. Интенсивность окраски позволяет классифицировать и определять степень заболевания.
Метод окрашивания тканей - это трудоемкий многоэтапный химико-биологический процесс, напоминающий проявку <пленочных> фотографий, когда из-за недостаточной или избыточной концентрации реактивов в химическом растворе либо при слишком коротком или слишком длительном экспонировании можно <недодержать> (недопроявить) или, наоборот, <передержать> (перепроявить) фотоснимок. При гистопатологических исследованиях метод может давать как ложноположительные, так и ложноотрицательные результаты, что, в свою очередь, может приводить к ошибочным диагнозам. В отчете клиники Джонса Хопкинса (Johns Hopkins Hospital) отмечается, что из направленных с конца 2008 года на повторный лабораторный анализ 6171-го образца биопсийного материала, по 86 образцам первично установленный диагноз не был подтвержден.
Получение биопсийного материала является инвазивной процедурой для пациента, и небольшие образцы ткани берутся там, где это возможно. Медики стремятся получить как можно больше информации от этих, зачастую очень мелких, образцов, которые могут составлять всего несколько миллиметров в длину. Работа с такими размерами требует выполнения окрашивания ткани на многочисленных тончайших срезах образца для определения и классифицирования подтипа таких заболеваний, как рак. Специалисты часто не в состоянии провести достаточное количество необходимых тестов на этих крошечных образцах, а это имеет решающее значение для определения персонализированной стратегии лечения.
<Ключевым фактором забора клинических образцов является обеспечение высоких диагностических возможностей при сведении к минимуму дискомфорта пациента. Датчик-зонд, разработанный учеными IBM, решает задачу именно таким образом. Зонд позволяет окрашивать микроскопический участок ткани практически с любым биомаркером, который может быть клинически значимым. Это дает врачу возможность не только <сделать больше> с образцом меньшего размера, но также позволяет использовать несколько участков (<пятен>) окрашивания на одном и том же образце, что, в итоге, повышает точность диагноза.
Таким образом, эта работа может стать преобразующей для диагностики различных заболеваний, от рака до болезней сердца>, - подчеркнул профессор д-р Али Хадемхосейни (Ali Khademhosseini), адъюнкт-профессор Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School) и Женской Больницы Бригхэма (Brigham and Women's Hospital) в Бостоне.
Ученые IBM из исследовательского центра в Цюрихе, которые решают эти важные задачи, опубликовали сегодня в авторитетном, рецензируемом экспертами научном журнале Lab on a Chip статью о <подтверждающей концепцию> инновационной технологии, получившей название "microfluidic probe" (микрожидкостный датчик-зонд), которая позволяет с высокой точностью окрашивать участки биологической ткани на микронном уровне.
Датчик-зонд с микрожидкостной кремниевой головкой, разработанный учеными IBM, имеет ромбовидную форму 8-миллиметровой ширины, с двумя микроканалами у одной из вершин. Подобно картриджу струйного принтера, головка (<наконечник> с микроканалами) датчика-зонда впрыскивает жидкость на поверхность образца ткани, но, затем, в отличие от принтера, головка непрерывно <отсасывает> жидкость, чтобы предотвратить распространение и накопление ее на поверхности, что может привести к <передержке>.
В частности, для анализа участка ткани датчик-зонд может доставлять антитела к определенным участкам ткани с высокой точностью. Поскольку анализ можно производить на отдельных точечных или линейных участках, а не на всей поверхности ткани, образец лучше сохраняется для проведения дополнительных тестов, если они потребуются. Кроме того, для выполнения анализа необходимо всего несколько пиколитров (одна триллионная часть литра) реактива, содержащего антитела.
<Мы разработали технологию, подтверждающую правильность концепции, что, я надеюсь, повышает актуальность патологии как современной исследовательской дисциплины - в том числе благодаря новейшим достижениям в области кремниевых микрожидкостных датчиков. Этот новый подход позволит специалистам окрашивать образцы биологической ткани с точностью микронного уровня и с легкостью использовать для серии анализов несколько отдельных участков ткани на ограниченной поверхности образца>, - подчеркнул Говинд Кайгала (Govind Kaigala), ученый из исследовательского центра IBM Research - Zurich.
Данное исследование опирается на многолетний опыт работы IBM с кремниевыми материалами, которые сегодня применяются в новейших микро- и нанотехнологиях для решения сложнейших задач в самых разных областях, от производства и потребления энергии до здравоохранения.
Микрожидкостный датчик-зонд подходит для стандартных рабочих процессов в традиционной патологии. Кроме того, он совместим с существующими в настоящее время биохимическими системами окрашивания (образцов тканей) и устойчив к широкому спектру химикатов. Малый размер датчика также позволяет с легкостью осматривать образец сверху и снизу с помощью инвертированного микроскопа, широко используемого в научно-исследовательских и клинических лабораториях.
<Разработанная система может найти широкое прикладное применение в случаях, когда возможен забор образцов ткани только малого размера и требуется выполнение разных видов биологического анализа. Я уверен, что в один прекрасный день этот подход позволит нам брать малые образцы биопсийной ткани и получить по ним значительно больше информации, чем это возможно сегодня>, - добавил профессор Хадемхосейни.
IBM ученые будут продолжать испытания, совершенствовать датчик-зонд и, вероятно, в ближайшие несколько месяцев начнут использовать его в лабораторных условиях. Кроме того, группа исследователей планирует изучить конкретные клинические применения, возможно, совместно с партнерами-специалистами в области патологии. Микрожидкостный датчик-зонд обещает стать помощником патологоанатомов и судмедэкспертов, и незаменимым инструментом для фармацевтических исследований и диагностики с использованием биологических образцов.
