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新的验血设备持续监控血液化学

即使是最常规的体检,血液检查通常也是首要任务。但是,尽管具有全部诊断功能,但这种通用测试仅能在单个时间段内提供血液快照。斯坦福大学电气工程与放射学教授汤姆·苏(Tom Soh)说:“验血很棒,但不能告诉您例如患者的胰岛素或葡萄糖水平是在增加还是在减少。” “了解变化的方向很重要。”

现在,Soh与材料科学与工程学助理教授Eric Appel及其同事合作开发了一种技术,可以提供这一至关重要的缺失信息。他们的设备被称为“实时ELISA”,能够非常快速地执行许多血液测试,然后将各个结果拼接在一起,从而能够连续,实时地监视患者的血液化学成分。研究人员最终得到的不是电影,而是快照。

在发表在《自然生物医学工程》杂志上的一项新研究中,研究人员使用该设备同时检测了糖尿病实验大鼠体内的胰岛素和葡萄糖水平。但是研究人员说,他们的工具具有更多功能,因为可以轻松修改它以监视几乎任何感兴趣的蛋白质或疾病生物标记。

从技术上讲,该系统依赖于称为酶联免疫吸附测定(ELISA)(“ ee-LYZ-ah”)的现有技术。自1970年代初以来,ELISA一直是生物分子检测的“金标准”,几乎可以鉴定血液中的任何肽,蛋白质,抗体或激素。例如,ELISA分析擅长于识别过敏。它还可用于发现可导致COVID-19的HIV,西尼罗河和SARS-CoV-2等病毒。

Soh说:“我们不断进行ELISA。”

实时ELISA本质上是一个芯片内的整个实验室,芯片内的微小管道和阀门不超过人发。静脉注射针将患者的血液引导到设备的微小回路中,在此回路中反复进行ELISA。

Soh将这一过程比作制作蛋白质三明治的过程,该过程中将两个分子或抗体连接到目标蛋白质上。可以定制一种抗体来寻找并锁存在特定的生物标志物上。连接后,第二抗体被激活。该抗体发荧光或发光,可通过高速相机对其进行监控。根据血液样本的发光程度,科学家不仅可以确定目标蛋白是否存在,还可以确定其浓度。血液中存在的靶分子越多,样品将越亮。

Soh说,已经为葡萄糖,乳酸盐和氧气等一些血液标记物开发了实时连续血液监测器,但事实证明,将技术扩展到这几个例子之外“非常困难”。这就是为什么实时ELISA对多种蛋白质的适应性特别有前景的原因。

Soh说:“不要仅仅将其视为胰岛素传感器。而应将其视为以全新的方式进行ELISA的一种方式。”

实时ELISA可能还可以为生物医学研究带来好处,可以提供有关药物和其他疗法有效性的即时和详细反馈,但Soh认为,该设备将在重症监护室和急诊室中最为有用,因为时间和准确性是本质。

例如,苏(Soh)指出了由COVID-19疾病引发的“细胞因子风暴”。随着疾病的发作,患者的免疫系统开始处于高度防御状态,并产生抗病信号蛋白,称为细胞因子。在某些情况下,即使在疾病得到控制后,身体也无法降低威胁水平,而是产生越来越多的细胞因子,这可能导致败血症和内部器官衰竭。

Soh设想了实时ELISA的未来版本,该版本将告诉医生患者对治疗的反应中细胞因子水平是否正在下降。Soh和他的团队已经在工作,对其设备进行修改以测量关键的细胞因子,即IL-6。当前,必须将IL-6测试发送到实验室进行处理,并且需要三天才能得到结果。

Soh说:“在败血症中,时间是关键-每隔一个小时,您死亡的可能性就会增加8%。” “患者一次考试没有三天时间。这可能会挽救生命。”

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