Ученые МФТИ, совместно с коллегами из Сколтеха и ИМПБ РАН, разработали компактные пробоотборники для сбора биологических образцов и их последующего масс-спектрометрического анализа. Подобные пробоотборники можно успешно использовать даже на космической станции.
Результаты опубликованы в журнале Acta Astronautica. Практически у каждого из нас когда-то брали мазок из носоглотки для анализов с помощью ватной палочки, по-научному пробоотборника. Используемые сегодня пробоотборники биологических образцов требуют специальных условий хранения: в зависимости от того, что затем будут анализировать, требуется или низкая температура или повышенная влажность, время хранения образца может составлять всего несколько часов. Это существенно ограничивает возможности для сбора биоматериалов в полевых условиях, или, например, в космосе.
Для поиска возможной замены ученые исследовали пробоотборники из пористого материала. Оказалось, что материал, который сейчас используется для изготовления стержней фломастеров, может быть удобным и эффективным зондом. С его помощью гораздо легче собирать образцы биологических жидкостей с поверхности кожи (соскобы), слизистых, а также ран и других повреждений. Он меньше весит и не требует холодильников, поддержания постоянных температур, давления и влажности, а срок сохранности биологических проб на нем выше.
«Для максимального широкого использования пробоотборник должен быть легким, удобным и небольшим. Он сразу, без дополнительной подготовки, должен подключаться к масс-спектрометру для получения сигнала молекул, которые удалось собрать. В ходе ряда тестов, мы пришли к выводу, что для этой задачи наиболее подходят сферические жесткие пробоотборники из пористого волокнистого полипропилена, который с одной стороны хорошо впитывает различные соединения, но с другой стороны, сохраняет свою форму при отборе, транспортировке и хранении, что в свою очередь повышает стабильность электрораспыления и увеличивает чувствительность, а значит и точность анализа», — рассказал руководитель исследования Игорь Попов, заведующий лабораторией молекулярной медицинской диагностики МФТИ.
Пробоотборник представляет собой стержень из очищенных и прессованных полимерных волокон (полипропилена низкой плотности). Этот материал упрощает условия хранения — высушенные биологические образцы, собранные на него, могут храниться при комнатной температуре и выдерживать ее скачки, как и скачки давления. Жесткость и сферическая форма зондов позволяют не только собирать мазки без дополнительных инструментов, но и делают чувствительность анализа выше.
За счет этого стало возможным расширить круг анализируемых молекул, в первую очередь так называемых small molecules — лекарств и метаболитов, представляющих большой интерес для изучения работы лекарств в космосе. Кроме того, полипропиленовый пробоотборник можно сразу, без дополнительной подготовки, использовать в масс-спектрометрическом анализе, что сильно упрощает процесс исследования биоматериала.
Масс-спектрометрия в последнее время стала одним из наиболее значимых инструментов для биомедицинских анализов. Скрининг биомаркеров, интраоперационный мониторинг, токсикология, неотложная и судебная медицина, пищевая промышленность и сельское хозяйство могут значительно выиграть от активного развития метода. В этих областях жизненно важны простые процедуры отбора проб без дополнительной предварительной обработки. Все это вместе делает исследование чрезвычайно востребованным.
«У нашей разработки очень широкий спектр применения, от космоса до приемного покоя больницы. Основная идея нашего проекта — разработать простой способ сбора биологических образцов, при этом наша технология позволяет просто обмакнуть пробоотборник в жидкость, а при необходимости достаточно провести по поверхности», — рассказал Станислав Пеков, доцент департамента молекулярной и биологической физики МФТИ, научный сотрудник лаборатории Сколтеха.