Микрофлюидный чип измеряет глюкозу и инсулин в реальном времени

Технологии для непрерывного измерения концентраций циркулирующих биомолекул in vivo позволяют отслеживать ответ пациента на лекарство и подбирать наиболее эффективный режим лечения. Так, возможность непрерывного измерения глюкозы существенно улучшила жизнь людей с диабетом и продлила периоды эугликемии.

Ученые из США разработали биосенсорную систему для иммуноферментного анализа в реальном времени (RT-ELISA), которая непрерывно и одновременно измеряет концентрации циркулирующих глюкозы и инсулина с пикомолярной чувствительностью и субсекундным временным разрешением. Система использует аптамеры и антитела, закрепленные на полистироловых микрошариках.

Для измерения глюкозы на микрошариках был закреплен аптамер глюкозы, соединенный с флуорофором Cy5. Флуорофор гибридизован с конкурентной молекулой ДНК, а ДНК — с гасителем флуоресценции BHQ2. В присутствии глюкозы ДНК вытесняется, гаситель высвобождается, и можно измерить флуоресценцию.

Для измерения инсулина использовался ИФА типа «сэндвич». На микрошариках были закреплены антитела к инсулину человека. Детекция происходит при присоединении второго антитела к инсулину, меченного флуоресцентным R-фикоэритрином.

Пределы обнаружения глюкозы и инсулина составили 3,7 мМ и 109 пМ, соответственно. Такой чувствительности достаточно, чтобы измерять физиологические концентрации этих аналитов у пациентов с диабетом.

Сам прибор для определения уровней глюкозы и инсулина состоит из модуля для смешивания, где функционализированные микрошарики и другие реагены смешиваются с кровью, модуля для разведения, с помощью которого снижается фоновый шум, и модуля для измерения, в котором зонды освещаются двуцветным лазером, а флуоресценция детектируется высокоскоростной камерой. Все это помещается на специально созданном микрофлюидном чипе.

Ученые протестировали прибор in vitro на человеческой крови, а затем проверили возможность непрерывного измерения глюкозы и инсулина in vivo на крысах с диабетом. Крыса находилась под анестезией, катетер, по которому кровь поступала в прибор, был вставлен в бедренную вену. Сначала крысе вводили рекомбинантный человеческий инсулин, затем глюкоза и инсулин измерялись в течении 30–50 минут. Данные RT-ELISA хорошо коррелировали с результатами стандартных ELISA и показаниями портативного глюкометра.

Авторы показали, что непрерывное измерение глюкозы и инсулина in vivo на основе RT-ELISA обладает достаточной точностью и чувствительностью, полученные с помощью прибора данные можно использовать для изучения фармакокинетики и фармакодинамики инсулина. Непрерывная подача реагентов в прибор стоит приблизительно 10,5 $ в час.

Ученые планируют увеличить чувствительность прибора, а также разработать систему для детекции лактата и кортизола. Они считают, что систему можно достаточно легко адаптировать для использования человеком и модифицировать для измерения других аналитов.