O nouă invenție detectează rapid cel mai timpuriu semn de atac de cord

Un nou test de sânge poate diagnostica infarctul în câteva minute, în loc de ore, oferind un potențial instrument pentru primii respondenți și utilizatorii casnici. Testul a fost dezvoltat pentru a facilita intervențiile medicale rapide, esențiale pentru îmbunătățirea rezultatelor pacienților. Potrivit autorului principal, Peng Zheng de la Universitatea Johns Hopkins, diagnosticarea rapidă a infarctului este dificilă, mai ales în afara mediului clinic. Noua tehnologie, descrisă ca un concept de probă în Advanced Science, poate fi adaptată și pentru detectarea bolilor infecțioase și a biomarkerilor cancerului.
Spectroscopia Raman îmbunătățită la suprafață (SERS) este o tehnică analitică puternică, recunoscută pentru sensibilitatea sa extremă și capacitatea de a furniza „amprente” moleculare specifice. Cu toate acestea, aplicarea sa în analize cantitative clinice a fost limitată de fluctuațiile semnificative ale intensității semnalului, cauzate de neuniformitatea spațială a „punctelor fierbinți” plasmonici și de dinamica complexă a interacțiunii dintre moleculele de probă și substratul metalic.

Inovația studiului

Pentru a depăși aceste limitări, cercetătorii au dezvoltat metasuprafețe plasmonice formate din nanostructuri piramidale cu straturi alternante de aur și siliciu. Aceste structuri nu doar amplifică componenta câmpului electric (E), ci și pe cea a câmpului magnetic (H), ducând la o amplificare SERS mai uniformă și mai stabilă. Prin exploatarea ambelor componente ale câmpului electromagnetic, s-a obținut o reducere a variațiilor intensității semnalului și o îmbunătățire a reproductibilității măsurătorilor.

În loc să se bazeze pe intensitatea semnalului, care poate fi fluctuantă, cercetătorii s-au concentrat pe monitorizarea schimbărilor de frecvență ale semnalelor SERS, care sunt mai puțin susceptibile la variații și oferă o bază mai solidă pentru analiza cantitativă.

Metasuprafețele plasmonice au fost fabricate folosind litografie cu nanosfere, creând un aranjament periodic hexagonal de nanopiramide stratificate cu aur și siliciu. Simulările numerice au arătat că aceste structuri oferă o amplificare SERS extinsă spațial și slab dependentă de lungimea de undă, datorită interacțiunilor plasmonice capacitive la interfețele metal-dielectric.

Pentru detectarea biomarkerilor cardiaci, au fost selectați trei markeri cheie ai infarctului miocardic acut: CK-MB, mioglobina (Mb) și troponina cardiacă I (cTnI). Fiecare metasuprafață a fost funcționalizată cu o moleculă Raman specifică și un anticorp monoclonal corespunzător:

• CK-MB: moleculă Raman 4-mercaptobenzoic acid (MBA)
• Mioglobina: moleculă Raman 5,5′-ditiobis-(2-nitrobenzoic acid) (DTNB)
• cTnI: moleculă Raman 6-tioguanină (TG)

Pentru a permite detectarea simultană și fără interferențe, s-a utilizat imprimarea 3D pentru a crea o platformă biosenzorială compartimentată. Fiecare compartiment conținea o metasuprafață funcționalizată specific pentru un biomarker, permițând astfel analiza paralelă a mai multor probe.

Rezultate

Prin monitorizarea schimbărilor de frecvență ale semnalelor SERS, cercetătorii au reușit să detecteze și să cuantifice fiecare biomarker în ser, cu o corelație liniară între schimbarea de frecvență și concentrația biomarkerului. Limitele de detecție obținute au fost adecvate pentru aplicații clinice:

• CK-MB: limită de detecție de aproximativ 0,04 ng/mL
• Mioglobina: limită de detecție de aproximativ 3,6 ng/mL
• cTnI: limită de detecție de aproximativ 5,2 pg/mL

Metoda a demonstrat specificitate ridicată, fiind capabilă să distingă fiecare biomarker în prezența celorlalți doi, fără interferențe semnificative.

Concluzii și perspective

Studiul prezintă o abordare inovatoare pentru detectarea multiplexată și cantitativă a markerilor cardiaci serici, combinând avantajele metasuprafețelor plasmonice cu detectarea bazată pe schimbări de frecvență în SERS. Această metodă oferă o soluție promițătoare pentru diagnosticarea rapidă și precisă a infarctului miocardic acut, având potențialul de a îmbunătăți semnificativ intervențiile medicale timpurii și rezultatele pacienților.

Mai mult, platforma dezvoltată poate fi extinsă pentru detectarea unei game largi de alte molecule biologice, inclusiv proteine, peptide și acizi nucleici, deschizând noi oportunități în domeniul diagnosticării in vitro și al cercetării biomedicale.

sursa: Science Daily
foto: Peng Zheng arată inima testului de sânge, cip cu o suprafață nanostructurată inovatoare pe care este testat sângele. Will Kirk / Johns Hopkins University