Недорогие устройства в местах оказания медицинской помощи (POC), которые позволяют быстро диагностировать заболевания на месте, могут оказать серьезное глобальное воздействие на здоровье, особенно если они могут обеспечить количественное измерение молекул, указывающих на болезненное состояние (биомаркеры). Точная количественная оценка биомаркеров в образцах пациентов уже является сложной задачей при наличии сложного оборудования исследовательского класса; это еще сложнее, когда она ограничена простыми, экономически эффективными платформами POC. В статье суммируются основные проблемы, связанные с точной и недорогой количественной оценкой биомаркеров POC. Также рассматриваются недавние усилия по разработке и внедрению инструментов POC, выходящих за рамки качественных показаний, и в заключение определяются важные будущие направления исследований.

Диагностика является жизненно важной частью инфраструктуры здравоохранения, оказывая существенное влияние на индивидуальное лечение пациентов, а также на политику общественного здравоохранения. Пандемия коронавирусной болезни-19 (COVID-19) резко привлекла внимание общества в целом: ограниченный доступ к диагностическому тестированию, особенно в начале пандемии, исключал раннюю диагностику и изоляцию инфицированных людей, что, вероятно, стоило тысяч жизней. Даже когда начали наращиваться испытательные мощности, в течение многих месяцев они были ограничены дорогостоящими, трудоемкими лабораторными испытаниями с доступностью, которые часто изо всех сил пытались удовлетворить спрос. Ранний доступ к подходам с минимальным оборудованием и устройствам для населения для определения их статуса COVID в кабинете врача или дома путем обнаружения биомаркеров заболевания, то есть диагностики в месте оказания медицинской помощи (POC), мог бы позволить принимать более обоснованные индивидуальные решения о здоровье и поведении с широкими последствиями для общественного здравоохранения. Эти последствия будут еще более усиливаться в ограниченных по ресурсам районах, где клинические лаборатории и сложные аналитические приборы недоступны, и, таким образом, возможно мало информации о распространении болезней.

Подобно COVID-19, диагностика и мониторинг многих заболеваний основаны на обнаружении биомаркеров, которые представляют собой вещества или молекулы, присутствующие в нашем организме, которые свидетельствуют о болезненном состоянии. В клинических условиях биомаркеры обычно обнаруживаются с помощью сложных методов, которые требуют дорогостоящего оборудования, управляемого высококвалифицированным персоналом, что невозможно в условиях ограниченных ресурсов и, таким образом, создает необходимость в разработке недорогих устройств POC. Золотой стандарт для недорогих, развертываемых устройств POC определён критериями ВСЕМИРНОЙ организации здравоохранения: доступный, чувствительный, специфический, удобный для пользователя, быстрый и надежный, без оборудования и доставляемый конечным пользователям. Критически, однако, диагностика многих заболеваний зависит не только от наличия или отсутствия биомаркера, но и от его количественного уровня; измерение этих количественных уровней является серьезной проблемой для недорогих анализов POC.

Несколько технологий POC широко используются в клинических приложениях и приложениях общественного здравоохранения во всем мире. Возможно, наиболее заметной из этих технологий является тест бокового потока (LFT), а прототипом является тест на домашнюю беременность. LFT также были реализованы при обнаружении растворимых рецепторов трансферрина и альфа-1-кислотного гликопротеина для диагностики дефицита железа и воспаления соответственно. В своей наиболее распространенной форме LFT содержат реагент захвата, такой как антитело 4, 5, 6 или аптамер, связанный с целлюлозной мембраной. Биологические образцы добавляются к мембране, протекают через нее через капиллярное действие и в конечном итоге захватываются на определенной линии и визуализируются с помощью реагента обнаружения, часто коллоидных наночастиц золота или цветных латексных сфер. Хотя это, вероятно, наиболее широко используемая платформа POC, она имеет значительные ограничения. В частности, LFT являются строго качественными, давая только результаты присутствия или отсутствия. Хотя такие бинарные выходы, как правило, достаточны для состояний здоровья, которые характеризуются значительным и острым накоплением биомаркеров (например, беременность) или простым присутствием биомаркера (например, вирусные инфекции), а также могут использоваться в качестве предварительных скрининговых тестов перед направлением пациента в клинику, многие заболевания и медицинские условия требуют количественной оценки биомаркеров для диагностики, предотвращение использования двоичных выходных LFT. Достижение недорогой, надежной, чувствительной количественной оценки POC остается недостижимой целью в этой области. В предлагаемой статье рассматриваются последние достижения и продолжающиеся проблемы количественной оценки биомаркеров POC с акцентом на события за последние три года.

Проблемы, связанные с развитием количественной диагностики в местах оказания медицинской помощи

Биомаркеры часто встречаются в сложных биожидкостях, таких как кровь, моча и слюна, которые содержат много небольших молекул, ионов и белков — характеристика, которая делает их ценными источниками биомаркеров, но также создает одну из самых серьезных проблем для точной количественной оценки. Сложность и изменчивость состава биотекучей жидкости создают смешанные «матричные эффекты», когда на считывание измеряемого аналита влияют уровни других аналитов, даже в исследовательском классе.

Новые подходы к точной количественной оценке биомаркеров в местах оказания медицинской помощи

Смартфоны имеют большой потенциал в качестве крупномасштабного инструмента количественной диагностики POC. Смартфоны стали повсеместно распространены в обществе даже среди населения с низкими доходами и в районах с низким уровнем ресурсов, тем самым представляя собой часть «оборудования», которое можно считать доступным для многих врачей или пациентов. Множество их функций, в частности, включая визуализацию, связь и обработку данных, могут быть использованы, чтобы избежать необходимости в оборудовании исследовательского уровня, что делает возможной количественную оценку в полевых условиях.

Будущие направления деятельности

Модульность, которая может быть достигнута, например, путем соединения бесклеточного биосенсора с монитором глюкозы, является ключевой особенностью, которая будет иметь решающее значение для будущего крупномасштабного успеха количественных устройств POC. Большинство диагностик POC на сегодняшний день используют некоторые специфические для цели свойства или характеристики, которые нелегко перевести с целью обнаружения различных аналитов. Значительное время и средства тратятся на разработку устройств, которые, в конце концов, имеют только одно конкретное применение. 

 

Low-cost, point-of-care biomarker quantification - PubMed (nih.gov)
Недорогая количественная оценка биомаркеров в местах оказания медицинской помощи - ScienceDirect
Piorino F, Patterson AT, Styczynski MP. Low-cost, point-of-care biomarker quantification. Curr Opin Biotechnol. 2022 Aug;76:102738. doi: 10.1016/j.copbio.2022.102738. Epub 2022 Jun 6. PMID: 35679813.