微针检测抗体和生物标记物

抽血可不是闹着玩的。他们受到伤害。静脉可能会破裂，甚至会翻滚，就像它们也在试图避开针头一样。通常，医生使用血液样本来检查疾病的生物标记物:表明病毒或细菌感染的抗体，例如SARS-CoV-2或细胞因子类风湿的表现为在类风湿性疾病中常见的炎症的关节炎和脓毒症．

这些生物标记物不仅仅是血。它们也可以在细胞周围的稠密液体介质中被发现，但含量低，因此很难被发现。直到现在。

这项新技术成本低，对临床医生或患者本身来说都很容易使用，而且可能会消除去医院抽血的需要。

这项研究是由机械工程与材料科学学院的Lilyan & E. Lisle Hughes教授Srikanth Singamaneni的实验室进行的，并发表在了该杂志的网上自然生物医学工程．

除了成本低、使用方便之外，这些微针贴片还有另一个优势，或许是对一些人来说最重要的特点:“它们完全没有疼痛，”Singamaneni说。

用这些来寻找生物标记微针贴片类似于血液检测。但是，微针并不是使用一种方法来寻找和量化血液中的生物标志物，而是直接从我们皮肤细胞周围的液体中捕获它皮肤组织液(安全部队)。一旦生物标记物被捕获，它们就会以同样的方式被检测出来——使用荧光来表明它们的存在和数量。

ISF是一种生物分子的丰富来源，密集地包含从神经递质到细胞废物的一切物质。然而，在分析ISF中的生物标志物时，传统的方法一般需要从皮肤中提取ISF。这种方法是困难的，通常可以获得的ISF的数量不足以进行分析。这一直是开发基于微针的生物传感技术的主要障碍。

另一种方法是直接捕获ISF中的生物标志物，而不需要提取ISF。就像出席一场拥挤的音乐会并试图走在前面一样，生物标志物在到达皮肤组织中的微针之前，必须在拥挤的、动态的ISF中穿行。在这种条件下，用传统的检测方法捕获足够的生物标记物并不容易。

但研究小组有一种秘密武器:“等离子体荧光”，一种超亮的荧光纳米标签。与传统的荧光标记相比，当使用等离子体荧光对微针贴片进行检测时，目标蛋白生物标记的信号亮度约为1400倍，即使在低浓度时也能被检测到。

“以前，生物标志物的浓度必须在每毫升液体中几微克左右，”Singamaneni实验室的研究生、论文的主要作者之一Zheyu (Ryan) Wang说。这远远超出了现实世界的生理范围。但使用等离子体荧光，研究小组能够检测到每毫升皮克量级的生物标记物。瑞安说:“这是一个更加敏感的数量级。”

这些贴片有许多特性，可以对医学、病人护理和研究产生真正的影响。它们将使提供者能够长期监测生物标记物，尤其重要的是，当涉及到了解免疫系统如何在新疾病中发挥作用时。

例如，研究人员正在研究新型冠状病毒肺炎疫苗需要知道人们是否产生了正确的抗体，以及产生的时间有多长。辛格曼内尼说:“让我们给病人打个补丁，看看他是否有COVID-19抗体，抗体水平是多少。”

或者,在紧急情况下,“当有人抱怨胸部疼痛和他们被救护车送往医院,并在那里,就我们希望可以应用补丁,“精益的菜肴,一个学生最近毕业于Singamaneni实验室和论文的主要作者之一,说。无需到医院抽血，EMTs可以使用微针贴片来检测肌钙蛋白，一种表明心肌梗死的生物标志物。

慢性疾病患者需要定期监控在美国，微针贴片可以减少不必要的去医院的次数，节省金钱、时间和不适——很多不适。

这种贴片几乎没有疼痛。“它们深入真皮组织大约400微米，”Singamaneni说。“它们甚至不接触感觉神经。”

在实验室中，使用这项技术可以限制研究所需的动物数量。有时研究需要连续进行大量的测量来捕捉生物标记物的潮起潮落——例如，监测败血症的进展。有时，这意味着很多小动物。“我们可以显著减少此类研究所需的动物数量，”Singamaneni说。

其影响是巨大的，Singamaneni的实验室希望确保它们都被探索。还有很多工作要做，他说:“我们必须确定临床临界值，”也就是说，ISF中对应正常与异常水平的生物标志物的范围。“我们必须确定哪些水平的生物标志物是正常的，哪些水平是病态的。”他的研究小组正在研究长距离和恶劣条件下的分娩方法，为改善农村医疗提供选择。

辛格曼内尼说:“但我们不必自己做所有这些事情。”相反，这项技术将适用于不同医学领域的专家。“我们创造了一个任何人都可以使用的平台技术，”他说。“他们可以用它来寻找自己感兴趣的生物标记。”

一起工作

Singamaneni和医学院骨矿病部门的医学助理教授Erica L. Scheller共同研究了局部组织中生物标志物的浓度。

目前的这种评估方法要求分离局部组织，不允许连续和连续的检查。Singamaneni和Scheller正在开发一个更好的平台来实现对当地生物标志物浓度的长期监测。

Srikanth Singamaneni和生物医学工程系助理教授Jai S. Rudra共同研究可卡因疫苗，这种疫苗通过阻止可卡因进入大脑的能力来发挥作用。

目前这种疫苗的候选疫苗并不能带来持久的效果;它们需要频繁的刺激。Singamaneni和Rudra希望找到一种更好的方法来确定疫苗的效果何时减弱。“我们已经证明，我们可以使用这种贴片来了解一个人是否仍在产生必要的抗体，”Singamaneni说。“不需要抽血。”