Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета разработали эффективный способ обнаружения в крови важнейшего биомаркера иммунитета — неоптерина — с помощью нанотехнологий и лазера.
Неоптерин — это нуклеотид, уровень которого в крови резко повышается в случае вирусных инфекций, аутоиммунных или онкологических заболеваний, при отторжения имплантов, а также при воспалительных процессах. В норме концентрация этого вещества в крови очень мала, а помимо неоптерина в крови много других соединений, из-за чего обнаружить и достоверно определить количество этих молекул в организме человека затруднительно.
Существующие методы, такие как хромотография и масс-спектрометрия, требуют сложной подготовки образца, вследствие чего на каждый анализ уходит достаточное большое время. Поэтому эти методы не отличаются высокой оперативностью, которая для некоторых больных имеет критическое значение.
Сотрудники Лаборатории плазмонно усиленной спектроскопии и биоимиджинга СПбГУ совместно с коллегами из научной группы биофотоники Университета разработали альтернативный, гораздо более быстрый и при этом достоверный, метод обнаружения этого маркера в крови человека. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopу.
«Мы применили метод усиленного поверхностью комбинационного рассеяния для анализа неоптерина прямо в сыворотке крови. Он заставляет молекулы неоптерина «кричать» под лазером так громко, что их становится хорошо «слышно» среди всего «шума» крови. Этот подход решает сразу проблему скорости, простоты и чувствительности, позволяя проводить измерение практически сразу и быстро получать результат», — объяснила доцент кафедры физической химии СПбГУ Елена Соловьева.
Ученые синтезировали наночастицы золота и собрали в агрегаты с помощью соляной кислоты. В таком случае в зазорах между близко расположенными наночастицами возникают зоны более значимого усиления электромагнитного поля, чем обеспечивает одиночная частица. Если нужная молекула попадает в такие зазоры, ее оптический сигнал усиливается в миллионы раз.
Вместе с этим, авторы разработки выявили уникальные спектральные «полосы-маркеры», по которым можно достоверно отличить неоптерин от других молекул, в том числе аминокислот и белков, которые содержатся в крови в избытке. Чтобы результаты анализа были достоверными и не зависели от локальных факторов — концентрации частиц или мощности лазера — ученые СПбГУ применили так называемый внутренний контроль. Для этого они использовали при обработке данных сигнал не от самого неоптерина, а его отношение к другому, стабильному сигналу от белков сыворотки. Таким образом, учитывается изменение локальных параметров пробы, что позволяет определять концентрацию неоптерина без искажений. Работоспособность метода уже подтвердили при проведении лабораторных экспериментов.
Созданный учеными Санкт-Петербургского университета метод «видит» наномолярные концентрации соединений и четко распознает неоптерин среди множества других компонентов крови. При использовании метода образец сыворотки крови смешивается с готовыми золотыми наночастицами и кислотой — результат можно получить уже через несколько минут. Как отмечают исследователи, разработку можно адаптировать для мониторинга тяжести вирусных инфекций, контроля эффективности терапии при аутоиммунных заболеваниях, наблюдения за пациентами после трансплантации, поскольку анализируемая молекула является маркером связанных патологий.