Химия и жизнь: полимер в поиске кардиомаркёра

В диагностике инфаркта равно важны и точность, и скорость, и стоимость

В Научно-исследовательском институте биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича усовершенствовали технологию экспресс-анализа крови на биомаркёры, которые являются индикаторами острого инфаркта миокарда.

Российские учёные впервые предложили использовать в качестве рабочего инструмента для поиска кардиомаркёров не традиционно применяемые в этих целях антитела, а полимеры «с памятью формы». Это не только повышает достоверность результатов исследования, но и значительно удешевляет его, а главное – при благоприятном стечении обстоятельств может стать примером импортозамещения в отечественной медицинской промышленности.

Взглянули на старое по-новому

В настоящее время при подозрении на острый коронарный синдром уже применяются готовые медицинские технологии индикации как минимум 7 различных кардиомаркёров: креатинкиназы-MB, миоглобина, гомоцистеина, С-реактивного белка, тропонина Т (cTnT) и тропонина I (cTnI), мозгового натрийуретического пептида, а также белка, связывающего жирные кислоты.

Что нового можно добавить к этому? Разве что предложить в качестве маркёра ещё один белок?

Сотрудники лаборатории биоэлектрохимии отдела персонализированной медицины Института биомедицинской химии им. В.Н.Ореховича пошли по пути не количественного, а качественного изменения уже существующих медицинских технологий. Как пояснила заведующая лабораторией доктор биологических наук Виктория Шумянцева, она и её коллеги поставили цель придумать более простой, при этом максимально оперативный и предельно точный биосенсорный метод раннего выявления острого инфаркта миокарда. Они соединили возможности электрохимии, нано- и биотехнологий и разработали технологически принципиально новый способ обнаружения кардиомаркёра миоглобина.

– Мы обратили внимание именно на миоглобин, во-первых, потому что этот белок – самый ранний индикатор инфаркта миокарда: он высвобождается в кровь практически сразу после начала острого коронарного синдрома. Во-вторых, уровень кардиомиоглобина является важным прогностическим признаком: показатель его концентрации в крови прямо коррелирует с размером зоны поражения миокарда, – говорит В.Шумянцева.

Внешне процесс индикации кардиомаркёра в крови с помощью биосенсора выглядит так же, как при уже используемых технологиях: лабораторный анализатор «заряжается» одноразовым печатным электродом (картриджем), на который должна попасть капля исследуемой биологической жидкости пациента, то есть крови. Однако у ныне используемой технологии определения концентрации кардиомаркёров в крови есть существенный недостаток – она представляет собой иммуноана-лиз, где в качестве агента, распознающего белок (миоглобин, тропонин или любой другой), также необходим белок, то есть антитела к миоглобину, тропонину и т.д. Синтезированные антитела, которые используются с этой целью в отечественной лабораторной диагностике, являются препаратами импортного производства и стоят недёшево.

– Кроме того, биологический материал, который используется в качестве распознающего агента, очень чувствителен к внешним воздействиям, может терять свою активность при хранении. Если агент утратил способность определять концентрацию миоглобина в крови, результаты анализа будут недостоверными, а это грозит привести к самым плохим последствиям для больного. Мы отказались от антител и предложили в качестве распознающих агентов миоглобина молекулярно-импринтированные полимеры, – продолжает моя собеседница.

По шаблону не значит плохо

Согласно словарям, молекулярный импринтинг – это метод получения «молекулярных отпечатков». Если очень просто, технология выглядит так: в полимерную сетку вставляют шаблон молекулы кар-диомиоглобина, затем сам шаблон убирают, а отпечаток формы молекулы остаётся, причём объёмный, трёхмерный отпечаток. Такой полимер «с памятью формы» при встрече с целевыми молекулами узнаёт их «в лицо», точнее, по структуре. На этом и основана технология, разработанная учёными ИБМХ им. В.Н.Ореховича.

Молекулярный импринтинг имеет советское происхождение: он был разработан ещё в 1931 г. нашим соотечественником М.Поляковым. Но в те времена данная химическая технология недолго была востребованной в СССР. В 1970-х годах интерес к молекулярному импринтингу возник снова, и занимался этим, в том числе, американский химик, нобелевский лауреат Лайнус Полинг. В настоящее время эту технологию активно пытаются применять учёные разных стран, которые работают в сфере биосенсорного анализа.

Использование метода молекулярного импринтинга в индикации кардиомаркёров учёные ИБМХ применили впервые в России. Что касается мировых научных конкурентов, есть несколько лабораторий в Европе, которые тоже проводят исследования с гемопротеинами. Однако можно с уверенностью говорить, что на сегодняшний день наши учёные добились наибольших результатов.

– Чтобы повысить чувствительность данного диагностического теста, мы модифицировали электроды углеродными нанотрубками. Таким образом, в разработке технологии биосенсорного анализа маркёров инфаркта миокарда
впервые было использовано сочетание нескольких методов: электрохимия, углеродные нанотрубки, молекулярный импринтинг, – подчёркивает В.Шумянцева.

Исследователи ИБМХ тестировали свою технологию in vitro на образцах крови здоровых доноров и больных инфарктом миокарда, у которых до этого уже была определена концентрация кардиомио-глобина независимым методом. Анализ, выполненный с помощью искусственных биораспознающих агентов – полимеров, обладающих памятью формы молекулы искомого вещества, – подтвердил эти концентрации. Достоверность полученных результатов определяли средствами современной биоинформатики. Результаты работы российских учёных уже высоко оценили их зарубежные коллеги.

Ау, Сколково!

По замыслу сотрудников отдела персонализированной медицины ИБМХ, новая медицинская технология должна помимо всех перечисленных выше достоинств обладать ещё одним, не менее важным – быть максимально простой в применении. Экспресс-диагностика инфаркта миокарда с помощью биосенсора позволит врачам службы скорой помощи или отделений неотложной кардиологии быстро определяться с тактикой лечения пациента. Для этого биосенсор должен иметь функцию прикроватного теста, облачённую в форму лабораторного прибора – портативного биоанализатора. Например, как персональный глюкометр.

Применение технологий электроанализа и электрохимии позволило упростить и удешевить технологию получения полимера с молекулярной памятью и разместить его на электроде диаметром всего 2 мм. Таким образом, для исследования необходима лишь одна капля крови. По словам авторов разработки, когда данная научная технология станет медицинской, на определение концентрации кардиомиоглобина у пациента понадобится не более 15 минут. Что касается экономического эффекта, по предварительным расчётам, стоимость такой диагностической технологии на порядок ниже, чем традиционных тестов с применением антител. Для отечественной системы здравоохранения, которая стремится сократить расходы и сэкономить каждый рубль, это было бы неплохим подспорьем.

Учёные-биохимики завершили свой этап работы, они предложили технологию, которая повышает точность и снижает затраты на диагностику острого инфаркта миокарда на ранних сроках заболевания. Теперь должны показать себя следующие звенья так называемой системы трансляционной медицины: инженеры и технологи, затем маркетологи и, наконец, клиницисты.

Сейчас главная задача – адаптировать вновь созданную технологию к существующей приборной базе или сконструировать новые приборы.

– Первые карманные глюкометры были разработаны американским биохимиком Леландом Кларком в 1962 г. В аптеках они начали продаваться в 1980-х годах. То есть от идеи до её воплощения прошло 20 лет, – говорит В.Шумянцева без какой-либо иронии. Она считает, что при сегодняшнем уровне развития технологий этот путь можно пройти гораздо быстрее.

Печально, если компании, способные довести оригинальную оте чественную научную технологию до уровня медицинского прибора, найдутся за пределами нашей страны. Тогда, вопреки идее импортозамещения, мы будем покупать готовые тест-системы не за рубли, а за валюту.

Елена БУШ, обозреватель «МГ».