Создан новый прибор способный исследовать кровь за несколько часов

Создан новый прибор способный исследовать кровь за несколько часов

Американская Food and Drug Administration недавно утвердила прибор для проведения фармакогеномных исследований, с помощью которого назначение лекарственных препаратов будет проводиться на основе исследования генетической информации, полученной от конкретного пациента.

Прибор, производимый «Наносферой» (Nanosphere Inc., Northbrook, USA), может за считанные часы обнаружить генетические вариации в крови, способные влиять на эффективность препаратов. Технология Dubbed Verigene, использующая одновременно микрофлюидику и нанотехнологии, реализуется с помощью пластикового картриджа, в котором происходит выделение ДНК из образца крови и нахождение комплиментарных ей последовательностей.

Польза от подобной системы состоит в том, что такой простой картридж может быть использован в любой больнице и даже в кабинете врача. Это приближает сложные исследования к месту обследования пациента. Verigene - первой продукт, основанный на микрофлюидике и нанотехнологиях, способный анализировать ДНК, полученную непосредственно из пробы крови.

Люди реагируют на лекарство очень неодинаково. Частично это происходит потому, что существуют генетические вариации ферментов, метаболизирующих некоторые из наиболее часто прописываемых химических веществ, таких как сердечно-сосудистые средства, обезболивающие препараты и антидепрессанты. В том время как врачи широко используют фармакогеномное тестирование для назначения некоторых противораковых средств, оно еще не применяется для многих других препаратов, таких как обезболивающие и противоэпилептические средства или лекарства, назначаемые при ВИЧ-инфекции. Технологии, позволяющие определять такие вариации генома у пациентов, используются уже в течение многих лет, но процесс часто занимает много времени и дорого стоит. Врачи обычно вынуждены отправлять образцы слюны или крови в центральную лабораторию, где ДНК выделяют, амплифицируют и анализируют. На проведение анализа в общей сложности уходит несколько дней или даже недель.

«В некоторых случаях не имеет значения, что результаты готовы через неделю. Но в других ситуациях информация о выборе лекарства необходима уже во время визита пациента», - говорит Говард МакЛеод (Howard McLeod), директор Института фармакогеномики и индивидуализированной терапии в Университете Северной Каролины (Institute for Pharmacogenomics and Individualized Therapy at the University of North Carolina). «В данном случае мы можем сказать, полезен ли вам этот препарат с учетом вашей ДНК».

Антикоагулянт Варфарин, например, часто назначается для предотвращения образования тромбов. Но у разных людей препарат метаболизируется по-разному. Это означает, что пациенту должен проводиться тщательный мониторинг с целью избежать опасного кровотечения. FDA изменило описание препарата в 2007 году, отметив, что две генетические вариации по-разному влияют на чувствительность больного к препарату, но генетические исследования еще не успели хорошо прижиться. «В настоящее время доступные генотипические тесты на Варфарин требуют выделения ДНК из крови и исследования ее в лаборатории молекулярной диагностики, имеющей соответствующий сертификат на проведение исследований высокой сложности», - говорит Карен Уэк (Karen Weck), директор лаборатории молекулярной генетики Университета Северной Каролины.

«Наносфера» разработала тест, с помощью которого можно обнаружить генетические вариации в образцах крови в течение одного-двух часов. Кровь пациента вводится в одноразовый картридж, содержащий стеклянную пластину с нанесенными на нее образцами ДНК. В пластиковой рамке также имеется система камер, содержащих реагенты для ряда химических реакций. Когда картридж вставлен в прибор Verigene, механические клапаны и давление воздуха смешивают реагенты в различных камерах, вызывая серию реакций.

Магнитные шарики (magnetic beads) сначала извлекают клетки белой крови, которые разрушаются с помощью звука, и высвобождают фрагменты ДНК. Затем все кроме ДНК вымывается, и раствор ДНК-фрагментов попадает на стеклянную пластину. Исследуемая ДНК связывается с комплиментарной ей последовательностью ДНК на пластине. Наночастицы золота диаметром около 13 нанометров затем прикрепляются к другому концу связанного фрагмента ДНК, образуя «сэндвич». Золотые наночастицы покрыты серебром, что увеличивает диаметр частицы до половины микрона и позволяет легко обнаружить их при помощи света.

«Для врачей и клиник это может стать удобным методом использования фармакогеномной информации для дозирования Варфарина», - говорит Уэк. «Однако до широкого внедрения этого метода точность результатов должна быть тщательно сравнена с более традиционными молекулярными тестами», - добавляет она.

Компания также разрабатывает фармакогеномный тест для назначения противосвертывающего препарата Плавикс, который прописывается пациентам с сердечными стентами. Препарат переходит в свою активную форму в процессе метаболизма, и ученые недавно открыли, что около 30% кавказцев имеют слабо функционирующий вариант фермента, метаболизирующего это лекарство. Такие люди получают меньше пользы от этого препарата. Хотя и сейчас возможно определить таких больных, «мы хотим знать ответ на этот вопрос пока пациент еще не ушел домой»,- говорит Марк Сабатине (Marc Sabatine), кардиолог бостонской Brigham and Women's Hospital.

Прибор, разработанный «Наносферой» - один из основанных на технологии микрофлюидики для так называемого «здесь и сейчас» генетического тестирования, то есть диагностики, осуществляемой в клинике или кабинете врача в присутствии пациента. Verigene, получивший одобрение FDA в октябре 2009 года, может выпускаться в нескольких модификациях, рассчитанных на различные виды исследований. Его стоимость от $40,000 до $80,000.

Модификации такого прибора можно использовать в молекулярно-генетических лабораториях для проведения генетических анализов, в микробиологических лабораториях для исследования вирусов, а также для проведения кардиотропонинового теста - выявления биомаркера инфаркта миокарда в условиях скорой помощи - и для фармакогеномных тестов для определения особенностей метаболизма Плавикса. Система Verigene может обнаруживать респираторные вирусы, такие как вирус гриппа H1N1. За последний месяц компания установила свои системы в различных медицинских учреждениях - от типичных так называемых «community» больниц до больших академических исследовательских клиник.

Ученые надеются, что доступность этого метода приведет к расширению сферы применения фармокогеномного тестирования. «Существуют средства, используемые, например, в интенсивной терапии, которые только выиграют от генетически обусловленного применения, но из-за отсутствия технологии никто не пытается этого делать», - говорит МакЛеод.