Nowy chip diagnostyczny do wykrywania boreliozy

Problem jest poważny, ponieważ źle zdiagnozowani pacjenci są nieleczeni aż do rozwinięcia się późnego stadium boreliozy. Wtedy terapia obejmuje długie, inwazje zabiegi, jest też wysokie ryzyko poważnych powikłań obejmujących uszkodzenia serca, stawów czy mózgu. Dostępne testy badają obecność przeciwciał na białka bakteryjne, które tworzą się dopiero po kilku dniach a nawet tygodniach od infekcji. Co więcej, pozostają w organizmie nawet po zwalczeniu choroby, więc wyniki testów po leczeniu antybiotykami nie są jednoznaczne. Z uwagi na wady obecnych testów labolatoryjnych badania serologicznie przeprowadzane są dwustopniowo - za pomocą testu immunoenzymatycznego i techniki Western-blot.

Wielu ludzi widzi się z lekarzem zanim zdążą się wytworzyć przeciwciała, co prowadzi do negatywnego wyniku testu serologicznego - mówi profesor Charlie Johnson, kierownik projektu prowadzonego na University of Pennsylvania. Jego zespół postanowił wykorzystać wytworzone laboratoryjnie przeciwciała do wykrywania białek z bakterii Borrelia. Jest to kontynuacja wcześniejszych prac prof. Johnsona, który wcześniej opracował metody łączenia cząsteczek DNA i receptorów węchowych do urządzeń zbudowanych z nanorurek węglowych.

Nanorurki węglowe są obiecującymi komponentami nano-urządzeń, z uwagi na ich charakterystyczne właściwości: wysoką przewodność i wrażliwość na ładunek elektryczny. Przyczepiając do nich struktury biologiczne, można stworzyć wysoce specyficzne biosensory. Kiedy przymocowana struktura wiąże cząsteczkę, następuje zmiana przewodności elektrycznej nanorurki będącej częścią obwodu elektrycznego. Takie urządzenie może zarówno wykrywać obecność, jak i określać stężenie poszukiwanej molekuły.

Aby uzyskać sygnał elektryczny z nanorurek, zespół musiał zamienić je w tranzystory. Najpierw wytworzono nanorurki w postaci dużego chipu przy użyciu metody chemicznego sadzania z fazy gazowej (CVD), a następnie naukowcy utworzyli losowe połączenia elektrycznie. Potem testowano pojedynczo każdy wytworzony w ten sposób tranzystor.

Zespołowi prof. Johnsona udało się przyczepić do nano-tranzystorów przeciwciała, które naturalnie powstają w organizmie po infekcji bakterią Borrelia. Metodę oparto na wcześniejszych pracach, podczas których opracowano proces pozwalający wiązać do nanorurek dowolne białko.

Za pomocą mikroskopu elektronowego wykazano, że przeciwciała rzeczywiście znajdują się na powierzchni nano-tranzystorów. Następnie umieszczono urządzenia w roztworach zawierających różne stężenia białka bakterii Borrelia. Im wyższe stężenie, tym zaobserwowano większą zmianę sygnału. Najmniejszy wykrywany poziom to 4 nanogramy białka na mililitr roztworu.

Taka czułość jest całkowicie wystarczająca do wykrycia bakterii boreliozy we krwi nawet świeżo zainfekowanego człowieka - mówi profesor biologii Dustin Brisson, który przewodził częścią zespołu badającą bakterię. Metoda sprawdzi się także w diagnostyce pacjentów otrzymujących niewłaście leczenie antybiotykowe - dodaje.

Obecnie prace koncentrują się na zmniejszeniu przeciwciała tak, aby miało format pojedynczego łańcucha scFv. Jest to istotne, ponieważ im bliżej nanorurki będzie wiązane białko, tym silniejszy będzie sygnał elektryczny. Dzięki temu urządzenie będzie tysiące razy bardziej czułe, na co wskazują poprzednie eksperymenty z innymi przeciwciałami scFv.

Ze względu na elastyczność opracowanej przez zespół metody mocowania struktury biologicznej, można ją wykorzystać do stworzenia urządzeń diagnostycznych zawierających wiele różnych przeciwciał. Taki test będzie wykrywał także inne białka z bakterii Borrelia - pozwoli z najwyższą pewnoscią stwierdzić infekcję i rozpocząć leczenie pacjenta.

Według Polskiego Towarzystwa Epidemiologów i Lekarzy Chorób Zakaźnych borelioza jest jedną z najszybciej rozprzestrzeniających się chorób w Polsce.