Technologia rozwija jest we współpracy ze Stanford University i przy wsparciu Armed Forces Radiobiology Research Institute, UC Davis School of Medicine oraz Methodist Hospital Research Institute’s Center. Wyniki dotychczasowych osiągnięć opublikowano w Scientific Reports (open acces).

Opracowaniem platformy wykrywającej białka krwi pojawiające się pod wpływem promieniowania kierował Andy Wyrobek  z Berkeley Lab’s Life Sciences Division: naszym celem jest zapewnienie personelowi medycznemu metody identyfikacji osób wymagających natychmiastowej pomocy pośród ludzi, którzy przyjęli dawkę, a także tych nie potrzebujących hospitalizacji.

Przenośne urządzenie, które w ciągu kilku minut określi poziom napromieniowania osoby na podstawie stężenia określonych białek w krwi. Na zdjęciu widzimy stację czytnikową, kartridż na chip i chip mageto-nanosensorowy (S. Wang 2013)

Człowiek może być narażony na szkodliwe dla zdrowia poziomy promieniowania w wyniku przekroczenia norm podczas pracy w przemyśle, medycynie, w wyniku radioterapii czy wypadków polegających na kontakcie z otwartym źródłem promieniowania. Zagrożeniem są też katastrofy, działania wojenne z użyciem broni nuklearnej czy ataki terrorystyczne.

Pierwszą metodą biodozymetrii (określenia wchłoniętej dawki na podstawie zmian w organizmie) jest ocena liczby limfocytów we krwi i objawów somatycznych. Dokładniejsze wyniki dają badania laboratoryjne, polegające głównie na ocenie stopnia uszkodzeń DNA, takie jak test chromosomów dicentrycznych, test mikrojądrowy, test GAMMA H2AX, analizy PCC i translokacji.

Test chromosomów dicentrycznych z limfocytów – współczesny „złoty standard” biodozymetrii (IChTJ)

Obecnie rozwijane są metody molekularne, polegające na wykrywaniu produktów zmiany ekspresji specyficznych genów pod wpływem promieniowania. W porównaniu do metod cytogenetycznych, metody molekularne są dużo prostsze do zautomatyzowania i tańsze. Tego warunku nie spełnia jednak ani test ELISA, ani metody cytometrii przepływowej. Dopiero zastosowanie biochipów diagnostycznych daje dobre rokowania na opracowanie kompaktowego i szybkiego urządzenia, które stworzy konkurencję dla metod cytogenetycznych, które zajmują nawet kilka dni.

 Berkeley Lab’s Life Sciences Division wyznaczyło 250 biochemicznych sygnatur dawek promieniowania. Analiza tych markerów daje odpowiedź na pytanie, czy dana osoba była wystawiona na czynnik i w jakim zakresie. Opracowaniem platformy do wykrywania markerów zajęło się laboratorium prof. Shan Wang na  Stanford University, będące pionierem użycia magnetycznych nanocząsteczek i magnetosensorów w biodetekcji.

Wynikiem współpracy obu grup jest niewielki chip z 64 magnetycznymi nanosensorami, wyposażonymi w przeciwciała dla dwóch białek markerowych. Opracowano też kompaktowy czytnik z możliwością podłączenia do komputera czy smartfona.

System przetestowano na krwi myszy poddanych promieniowaniu. Pierwszym krokiem w diagnozie jest umieszczenie kropli krwi na chipie. Białka markerowe Flt3lg i Saa1 przyczepiają się do przeciwciał na nanosensorach (b). Następnie przyłączane są przeciwciała wykrywające (c ) i magnetyczne nanocząsteczki (d). Sensory wykrywają doczepione nanocząsteczki dzięki zmianom przewodnictwa cienkiej warstwy bimetalu pod wpływem pola magnetycznego.

Wykazano możliwość określenia przyjętej dawki przez 7 dni od narażenia. Wyniki zostały równolegle potwierdzone za pomocą tradycyjnego testu ELISA. Następnym celem zespołu jest zwiększenie skuteczności i czułości urządzenia poprzez dodanie możliwości wykrywania innych typów biomarkerów.