Разработанный в IBM Labs кремниевый датчик поможет врачам и исследователям

Метод окрашивания широко используется в патологических исследованиях для выявления маркеров различных заболеваний в образцах биологической ткани. Маркер определенного заболевания связывается с антителом, которое затем химически окрашивается или меняет цвет при контакте с пораженной тканью. Интенсивность окраски позволяет классифицировать и определять степень заболевания.

Окрашивание тканей – трудоемкий многоэтапный химико-биологический процесс, напоминающий проявку «пленочных» фотографий, когда из-за недостаточной или избыточной концентрации реактивов в химическом растворе при слишком коротком либо чрезмерно длительном экспонировании можно «недодержать» или, наоборот, «передержать» снимок. При гистопатологических исследованиях метод может давать как ложноположительные, так и ложноотрицательные результаты, приводя к ошибочным диагнозам. В отчете клиники Джонса Хопкинса отмечается, что из более чем 6 тыс. образцов биопсийного материала, направленных с конца 2008 года на повторный лабораторный анализ, первичный диагноз не был подтвержден по 86 образцам.

Получение биопсийного материала — инвазивная процедура, малоприятная для пациента, небольшие образцы ткани берутся там, где это возможно. Медики стремятся получить как можно больше информации от этих образцов, которые могут составлять всего несколько миллиметров в длину. При этом работа со столь мелкими образцами требует окрашивания ткани на многочисленных тончайших срезах для определения и классифицирования подтипа таких заболеваний, как рак. Специалисты часто не в состоянии провести достаточное количество необходимых тестов на крошечных образцах, а это имеет решающее значение для определения персонализированной стратегии лечения.

Датчик-зонд, разработанный учеными IBM, обеспечивает высокие диагностические возможности, сводя к минимуму дискомфорт пациента при заборе клинических образцов, утверждают в корпорации. Зонд позволяет окрашивать микроскопический участок ткани практически с любым биомаркером, который может быть клинически значимым. Это дает врачу возможность не только сделать больше с образцом меньшего размера, но и использовать несколько участков окрашивания на одном и том же образце, повышая в итоге точность диагноза.

«Эта работа может стать преобразующей для диагностики различных заболеваний, от рака до болезней сердца», — подчеркнул профессор Али Хадемхосейни, адъюнкт-профессор Гарвардской медицинской школы и Женской больницы Бригхэма в Бостоне.

Данное исследование опирается на многолетний опыт работы IBM с кремниевыми материалами, которые сегодня применяются в новейших микро- и нанотехнологиях для решения сложнейших задач в самых разных областях, от производства и потребления энергии до здравоохранения.

Ученые IBM из исследовательского центра в Цюрихе опубликовали в научном журнале Lab on a Chip статью об инновационной технологии, получившей название microfluidic probe (микрожидкостный датчик-зонд), которая позволяет с высокой точностью окрашивать участки биологической ткани на микронном уровне.

Датчик-зонд с микрожидкостной кремниевой головкой имеет ромбовидную форму восьмимиллиметровой ширины с двумя микроканалами у одной из вершин. Подобно картриджу струйного принтера, головка зонда впрыскивает жидкость на поверхность образца ткани, но, в отличие от принтера, затем наконечник с микроканалами непрерывно отсасывает жидкость, предотвращая распространение и накопление ее на поверхности, что может привести к «передержке».

В частности, датчик-зонд способен доставлять антитела к определенным участкам ткани с высокой точностью. Поскольку анализ можно производить на отдельных точечных или линейных участках, а не на всей поверхности ткани, образец лучше сохраняется для проведения дополнительных тестов, если они потребуются. Кроме того, для выполнения анализа необходимо всего несколько пиколитров (одна триллионная часть литра) реактива, содержащего антитела.

Новый подход позволит окрашивать образцы биологической ткани с точностью микронного уровня и использовать для серии анализов несколько отдельных участков ткани на ограниченной поверхности образца, подчеркнул Говинд Кайгала, ученый из исследовательского центра IBM Research-Zurich.

Микрожидкостный датчик-зонд, по мнению его создателей, подходит для стандартных рабочих процессов в традиционной патологии. Кроме того, он совместим с существующими биохимическими системами окрашивания образцов тканей и устойчив к широкому спектру химикатов. Малый размер датчика также позволяет осматривать образец сверху и снизу с помощью инвертированного микроскопа.

Ученые продолжат испытания, совершенствуя датчик-зонд и, вероятно, в ближайшие месяцы начнут использовать его в лабораторных условиях. Кроме того, группа исследователей планирует изучить конкретные клинические применения совместно с партнерами-специалистами в области патологии.