Мультиплексное тестирование на месте оказания медицинской помощи

Мультиплексное тестирование на месте оказания медицинской помощи (xPOCT) представляет собой более сложную форму тестирования на месте оказания медицинской помощи (POCT) или тестирования у постели больного. Тестирование на месте оказания медицинской помощи предназначено для проведения диагностических тестов в момент и в месте поступления пациента или вблизи него. POCT использует концентрации аналитов , чтобы предоставить пользователю информацию о физиологическом состоянии пациента. ^{[ 1 ]} Аналит — это вещество, химическое или биологическое, которое анализируется с помощью определенного прибора. В то время как тестирование на месте оказания медицинской помощи представляет собой количественную оценку одного аналита из одного образца in vitro (например, крови, плазмы или мочи), мультиплексное тестирование на месте оказания медицинской помощи представляет собой одновременную количественную оценку различных аналитов на месте из одного образца. ^{[ 2 ]}

Обработка одного биологического образца для получения результатов по нескольким биомаркерам позволяет проводить тестирование POCT для пациентов, у которых могут быть состояния, требующие подтверждения нескольких биомаркеров и тестов перед постановкой диагноза (например, многие виды рака). ^{[ 1 ]}). xPOCT имеет важные новые применения в условиях ограниченных ресурсов (например, в развивающихся странах , в врачебной практике или дома неспециалистами) и в последнее время стал более важным для in vitro диагностики . ^{[ 2 ]}

Фон

Исторически медицинское тестирование было утомительным, длительным и дорогостоящим процессом в клинических условиях. Обычно он включает в себя взятие у пациента большого образца (например, мочи, крови, слюны, мазка из ткани) и его обработку в отдельной лаборатории, что занимает несколько часов, а иногда и дней. В эти сроки пациенту необходимо обеспечить уход, что невыгодно сделать без получения желаемой информации от лабораторного исследования. Еще в 1950-х годах радиоиммуноанализы были впервые продемонстрированы для чувствительного определения уровней инсулина и тироксина в плазме человека. ^{[ 3 ]} В 1990-е годы исследования, проводимые в отрасли микроэлектроники, были применены к разработке иммуноанализов, и с тех пор области применения иммуноанализов расширились. ^{[ 3 ]}

Произошло движение в сторону более быстрых, упрощенных и экономически эффективных технологий, которые требуют небольших количеств биологических веществ для получения результатов. Это движение получило название микрофлюидной технологии « лаборатория на чипе» и направлено на то, чтобы точно, быстро и удобно вернуть результаты теста пациенту с низкой стоимостью и сложностью, чтобы обеспечить наилучший уход за пациентом. Мультиплексное тестирование на месте оказания медицинской помощи направлено на выполнение всех этих задач, но с использованием нескольких биомаркеров одновременно. ^{[ 2 ]} Микрофлюидика относится к изучению и контролю очень небольших количеств жидкостей, а «лаборатория на чипе» — это электронный чип размером обычно около 3 квадратных миллиметров, который способен выполнять различные лабораторные исследования, такие как капиллярный электрофорез и ПЦР . ^{[ 4 ]}

Характеристики технологии xPOCT

Идеальное устройство для мультиплексного тестирования на месте должно обладать высокой чувствительностью и способностью обрабатывать один образец с использованием нескольких типов тестов. Он должен быть способен одновременно тестировать различные виды веществ, включая белки , лекарства , РНК и клетки . Высокая производительность датчика, требующая небольших образцов, короткое время выполнения работ, низкая сложность системы для неспециалистов и низкая стоимость — вот некоторые характеристики технологии xPOCT. Особенно в условиях ограниченных ресурсов (развивающиеся страны, кабинеты врачей, непосредственно дома) очень выгодны устройства без оборудования или на базе смартфонов. ^{[ 5 ]}

Устройства xPOCT должны соответствовать следующим требованиям: ^{[ 2 ]}^{[ 6 ]}

Низкий расход проб (например, кровь из укола пальца) или возможность измерения неинвазивных проб (например, слюны, мочи или конденсата выдыхаемого воздуха)
Быстрое получение результата от образца, позволяющее немедленно начать лечение
Длительный срок хранения с увеличенным сроком хранения реагентов
Простота хранения
Сопоставимые результаты испытаний с данными центральной лаборатории, обеспечивающие международные стандарты качества ( ISO 15189 )
Автоматическая или простая работа системы с минимальным вмешательством пользователя
Дешевые и портативные системы считывания (например, портативные считыватели) вместе с одноразовыми тест-полосками или картриджами, отвечающими in vitro рекомендациям по диагностике ( директивы ЕС или правила FDA ).

Технологии

Многоаналитное обнаружение в основном достигается с помощью трех различных подходов, но технология в основном направлена на использование одного или небольшого набора биологических образцов для их разделения или разделения для считывания с помощью различных типов анализов:

Региональное разделение с использованием отдельных участков сети каналов или массива электродов.
Пространственное разделение мест обнаружения с помощью различных лунок или пятен.
Нанесение нескольких меток, таких как ферменты , окислительно-восстановительные молекулы, шарики и красители.

Другие устройства xPOCT используют масс-спектрометрию (МС) для прямой идентификации биомаркеров. ^{[ 2 ]} Например, матричная лазерная десорбция/ионизация (MALDI)-MS используется для быстрой идентификации патогенов, но устройства, использующие эту технологию, обычно громоздки и сложны в использовании. Для считывания сигнала в основном используют оптические и электрохимические методы детектирования. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]}

Современные типы диагностических устройств ^{[ 2 ]} используется:

Бумажные системы — анализы латерального потока, такие как тесты на беременность, в которых используются образцы, которые реагируют с цветными частицами и требуется, чтобы устройство считывало цветовую подпись.
Системы на основе матриц — устройства с электродами или флуоресцентными молекулами, чувствительными к определенным аналитам.
Системы на основе шариков - системы, в которых гранулы используются в качестве материала для специфического связывания аналитов, и эти комплексы впоследствии фильтруются или разделяются по размеру или цвету, как в проточной цитометрии на основе шариков.

Преимущества и проблемы

xPOCT имеет невероятные преимущества и возможности применения в сфере здравоохранения и технологий. Это позволяет создать более экономичную, более быструю, портативную, менее болезненную, менее сложную, но точную технологию, которую можно использовать для проверки показателей состояний, для которых раньше требовалось несколько образцов и несколько часов или дней. Помимо применения в клинических условиях, низкая сложность и портативность многих мультиплексных тестовых устройств позволяет использовать их неспециалистам в домашних условиях как для тех, кому требуются домашние системы мониторинга здоровья, так и для других персонализированных медицинских целей. . Частота ложноположительных или ложноотрицательных результатов кажется низкой. ^{[ 1 ]}

Достижение оптимального пространства высокой производительности и низкой сложности, стоимости и размера сопряжено с некоторыми трудностями. Ученые, больницы, производители и политики должны гарантировать, что данные, собранные с этих устройств, будут в безопасности, а устройства и материалы, используемые в сочетании с ними, останутся доступными и безопасными. В дополнение к этому, сами устройства должны быть функциональными в течение длительного периода времени и должны найти способы справиться с их чувствительностью к изменениям между пациентами и окружающей средой (влажность, температура и т. д.). ^{[ 2 ]}^{[ 5 ]}

Будущие исследования

Текущие исследования, проводимые в отношении xPOCT, направлены на то, чтобы упростить и удешевить получение требований к тому, что будет считаться xPOCT. ^{[ 4 ]} Ученые работают над тем, чтобы сделать мультиплексные устройства для оказания медицинской помощи меньшими, портативными и доступными. Также проводятся исследования максимального количества аналитов, которые можно тестировать одновременно, являются ли смартфоны подходящим устройством для представления результатов теста, и может ли существовать устройство, которое позволит пациенту носить устройство xPOC, которое постоянно отслеживает интересующие биомаркеры. ^{[ 2 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Руслинг Дж. Ф. (июнь 2013 г.). «Мультиплексное электрохимическое обнаружение и перевод белков в персонализированную диагностику рака» . Аналитическая химия . 85 (11): 5304–10. дои : 10.1021/ac401058v . ПМК 3674208 . ПМИД 23635325 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Динсер С., Брух Р., Клинг А., Диттрих П.С., Урбан Г.А. (август 2017 г.). «Мультиплексное тестирование на месте - xPOCT» . Тенденции в биотехнологии . 35 (8): 728–742. дои : 10.1016/j.tibtech.2017.03.013 . ПМК 5538621 . ПМИД 28456344 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Араз М.К., Тентори А.М., господин А.Е. (октябрь 2013 г.). «Микрофлюидное мультиплексирование в биоанализе» . Журнал автоматизации лабораторий . 18 (5): 350–66. дои : 10.1177/2211068213491408 . ПМИД 23757343 . S2CID 19842479 .
^ Jump up to: ^а ^б Волпатти Л.Р., Йетисен А.К. (июль 2014 г.). «Коммерциализация микрофлюидных устройств». Тенденции в биотехнологии . 32 (7): 347–50. дои : 10.1016/j.tibtech.2014.04.010 . ПМИД 24954000 .
^ Jump up to: ^а ^б Вашист С.К., Луппа П.Б., Йео Л.Ю., Озджан А., Луонг Дж.Х. (ноябрь 2015 г.). «Новые технологии для тестирования следующего поколения в местах оказания медицинской помощи» . Тенденции в биотехнологии . 33 (11): 692–705. дои : 10.1016/j.tibtech.2015.09.001 . ПМИД 26463722 .
^ Гауглиц Г. (01.01.2014). «Платформы для оказания медицинской помощи» . Ежегодный обзор аналитической химии . 7 : 297–315. Бибкод : 2014ARAC....7..297G . doi : 10.1146/annurev-anchem-071213-020332 . ПМИД 25014344 .

[Rusling-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Руслинг Дж. Ф. (июнь 2013 г.). «Мультиплексное электрохимическое обнаружение и перевод белков в персонализированную диагностику рака» . Аналитическая химия . 85 (11): 5304–10. дои : 10.1021/ac401058v . ПМК 3674208 . ПМИД 23635325 .

[Dincer-Bruch-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Динсер С., Брух Р., Клинг А., Диттрих П.С., Урбан Г.А. (август 2017 г.). «Мультиплексное тестирование на месте - xPOCT» . Тенденции в биотехнологии . 35 (8): 728–742. дои : 10.1016/j.tibtech.2017.03.013 . ПМК 5538621 . ПМИД 28456344 .

[Araz-Tentori-3] Jump up to: ^а ^б ^с Араз М.К., Тентори А.М., господин А.Е. (октябрь 2013 г.). «Микрофлюидное мультиплексирование в биоанализе» . Журнал автоматизации лабораторий . 18 (5): 350–66. дои : 10.1177/2211068213491408 . ПМИД 23757343 . S2CID 19842479 .

[Volpatti-Yetisen-4] Jump up to: ^а ^б Волпатти Л.Р., Йетисен А.К. (июль 2014 г.). «Коммерциализация микрофлюидных устройств». Тенденции в биотехнологии . 32 (7): 347–50. дои : 10.1016/j.tibtech.2014.04.010 . ПМИД 24954000 .

[:4-5] Jump up to: ^а ^б Вашист С.К., Луппа П.Б., Йео Л.Ю., Озджан А., Луонг Дж.Х. (ноябрь 2015 г.). «Новые технологии для тестирования следующего поколения в местах оказания медицинской помощи» . Тенденции в биотехнологии . 33 (11): 692–705. дои : 10.1016/j.tibtech.2015.09.001 . ПМИД 26463722 .

[6] Гауглиц Г. (01.01.2014). «Платформы для оказания медицинской помощи» . Ежегодный обзор аналитической химии . 7 : 297–315. Бибкод : 2014ARAC....7..297G . doi : 10.1146/annurev-anchem-071213-020332 . ПМИД 25014344 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]