採血は楽しいものではありません。

彼らは傷つきます。 静脈が破裂したり、転がったりすることもあります。針を避けようとしているようです。

多くの場合、医師は血液サンプルを使用して疾患のバイオマーカーをチェックします。SARS-CoV-2、COVID-19の原因となるウイルスなどのウイルスまたは細菌感染を示す抗体。 または関節リウマチや敗血症などの状態で見られる炎症を示すサイトカイン。

ただし、これらのバイオマーカーは血中だけではありません。 それらは、私たちの細胞を取り巻く高密度の液体培地にも見られますが、存在量が少ないため、検出が困難です。

今まで。

セントルイスのワシントン大学のマッケルビー工科大学のエンジニアは、皮膚に適用でき、関心のあるバイオマーカーをキャプチャし、その前例のない感度のおかげで、臨床医がその存在を検出できるようにするマイクロニードルパッチを開発しました。

この技術は低コストで、臨床医や患者自身が使いやすく、採血のためだけに病院に行く必要がなくなります。

機械工学および材料科学部門のリリアン＆E。ライルヒューズ教授であるSrikanth Singamaneniの研究室からの研究は、22月XNUMX日にオンラインでジャーナルに公開されました。 ネイチャーバイオメディカルエンジニアリング.

低コストと使いやすさに加えて、これらのマイクロニードルパッチには採血に勝る別の利点があります。これはおそらく一部の人にとって最も重要な機能です。「完全に痛みがない」とシンガマネニ氏は述べています。

これらのマイクロニードルパッチを使用してバイオマーカーを見つけることは、血液検査に似ています。 しかし、溶液を使用して血液中のバイオマーカーを見つけて定量化する代わりに、マイクロニードルは皮膚の細胞を取り巻く液体から直接それを捕捉します。これは皮膚間質液（ISF）と呼ばれます。 バイオマーカーがキャプチャされると、同じ方法で検出されます—蛍光を使用してそれらの存在と量を示します。

ISFは生体分子の豊富な供給源であり、神経伝達物質から細胞廃棄物まであらゆるものが密集しています。 ただし、ISFのバイオマーカーを分析するには、従来の方法では一般に皮膚からISFを抽出する必要があります。 この方法は難しく、通常、取得できるISFの量は分析に十分ではありません。 これは、マイクロニードルベースのバイオセンシング技術を開発するための主要なハードルでした。

別の方法では、ISFを抽出せずに、ISFでバイオマーカーを直接キャプチャします。 満員のコンサートに参加して前に出ようとするのと同じように、バイオマーカーは、皮膚組織のマイクロニードルに到達する前に、混雑したダイナミックなISFスープを操作する必要があります。 このような条件下では、従来のアッセイを使用して確認するのに十分なバイオマーカーを取得することは容易ではありません。

しかし、チームにはある種の秘密兵器があります。それは、超高輝度蛍光ナノラベルである「プラズモン蛍光」です。 従来の蛍光標識と比較して、プラズモン蛍光を使用してマイクロニードルパッチでアッセイを行った場合、標的タンパク質バイオマーカーのシグナルは約1,400倍明るく輝き、低濃度でも検出可能になります。

「以前は、バイオマーカーの濃度は液体XNUMXミリリットルあたり数マイクログラムのオーダーでなければなりませんでした」とSingamaneni研究室の大学院生で論文の筆頭著者のXNUMX人であるZheyu（Ryan）Wangは述べています。 それは実際の生理学的範囲をはるかに超えています。 しかし、プラズモンフルーアを使用して、研究チームはミリリットルあたりピコグラムのオーダーでバイオマーカーを検出することができました。

「それは桁違いに敏感です」とライアンは言いました。

これらのパッチには、医学、患者のケア、研究に実際に影響を与えることができる多くの品質があります。

それらは、プロバイダーが時間の経過とともにバイオマーカーを監視することを可能にし、特に免疫が新しい病気でどのように機能するかを理解することになると重要です。

たとえば、COVID-19ワクチンに取り組んでいる研究者は、人々が適切な抗体を産生しているかどうか、そしてその期間を知る必要があります。 「パッチを当てましょう。そして、その人がCOVID-19に対する抗体を持っているかどうか、そしてどのレベルであるかを見てみましょう。」とSingamaneniは言いました。

または、緊急時には、「誰かが胸の痛みを訴え、救急車で病院に運ばれているときは、その場でパッチを適用できることを望んでいます」と、最近卒業した学生のJingyiLuan氏は言います。 Singamaneniラボと論文の筆頭著者のXNUMX人は言った。 病院に行って採血する代わりに、EMTはマイクロニードルパッチを使用して、心筋梗塞を示すバイオマーカーであるトロポニンをテストすることができます。

定期的な監視が必要な慢性疾患のある人にとって、マイクロニードルパッチは病院への不必要な出張を排除し、お金、時間、不快感を節約します。これは多くの不快感です。

パッチはほとんど痛みがありません。 「それらは真皮組織の深さ約400ミクロンに入ります」とSingamaneniは言いました。 「彼らは感覚神経にも触れません。」

研究室では、この技術を使用すると、研究に必要な動物の数が制限される可能性があります。 研究では、たとえば敗血症の進行を監視するために、バイオマーカーの増減をキャプチャするために連続して多くの測定が必要になる場合があります。 時々、それはたくさんの小動物を意味します。

「そのような研究に必要な動物の数を大幅に減らすことができました」とSingamaneniは言いました。

その影響は広大です—そしてSingamaneniの研究室は、それらがすべて調査されていることを確認したいと考えています。

やるべきことはたくさんある、と彼は言った：「臨床的カットオフを決定しなければならない」、つまり、正常レベルと異常レベルに対応するISFのバイオマーカーの範囲。 「どのレベルのバイオマーカーが正常で、どのレベルが病理学的であるかを判断する必要があります。」 また、彼の研究グループは、長距離および過酷な条件での配送方法に取り組んでおり、地方の医療を改善するためのオプションを提供しています。

「しかし、私たちはこれらすべてを自分たちで行う必要はありません」とシンガマネニは言いました。 代わりに、この技術はさまざまな医学分野の専門家が利用できるようになります。

「私たちは誰でも使用できるプラットフォーム技術を作成しました」と彼は言いました。 「そして、彼らはそれを使用して、関心のある独自のバイオマーカーを見つけることができます。」

これらすべてを自分で行う必要はありません

Singamaneniと医学部の骨と鉱物の病気の部門の医学の助教授であるEricaL。Schellerは、局所組織におけるバイオマーカーの濃度を調査するために協力しました。

そのような評価のための現在のアプローチは、局所組織の分離を必要とし、連続的かつ継続的な検査を可能にしない。 SingamaneniとSchellerは、ローカルバイオマーカー濃度の長期モニタリングを実現するためのより優れたプラットフォームを開発しています。

一緒に働いている

Lilyan E. LisleHughesの機械工学および材料科学部門の教授であるSrikanthSingamaneniと、生物医学工学部門の助教授であるJai S. Rudraは、コカインの能力をブロックすることによって機能するコカインワクチンを共同で検討しました。脳に入る。

そのようなワクチンの現在の候補は、長期的な結果をもたらさない。 それらは頻繁なブーストを必要とします。 SingamaneniとRudraは、ワクチンの効果がいつ衰えたかを判断するためのより良い方法を望んでいました。 「パッチを使用して、人がまだ必要な抗体を産生しているかどうかを理解できることを示しました」とSingamaneni氏は述べています。 「採血は必要ありません。」

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