محققان روش جدیدی را برای تشخیص و نظارت بر اختلالات خود ایمنی از جمله دیابت نوع 1 ابداع کردند

19 مه 1920 - محققان موسسه ی فیزیک عمومی Prokhorov از موسسات آکادمی علوم روسیه و موسسه ی فیزیک و فناوری مسکو(MIPT)، روش جدیدی را برای تشخیص و نظارت بر اختلالات خود ایمنی ابداع کرده اند. با این روش بیوسنسور جدید آنها تنها در طی 25 دقیقه، نه تنها غلظت اتوآنتی بادی در سرم خون انسان را با حساسیت بسیار بالا اندازه گیری می کند، بلکه - برای اولین بار- فعالیت آنها را نیز بطور کمّی اندازه گیری می نماید. ترکیبی از این پارامترها، امکان ارائه ی معیارهای جدید تشخیصی برای بیماریهای خود ایمنی و همچنین رویکردهای جدید برای درمان آنها را فراهم می آورد. این مقاله در ژورنالBiosensors and Bioelectronics ، که بالاترین رتبه بندی مجله علمی در زمینه فناوری سنجش بیولوژیکی و شیمی تحلیلی را دارد، منتشر شده است.

اتوآنتی بادی های تولید شده توسط سیستم ایمنی بدن، سلول ها و اندام ها را به عنوان هدف، بطور اشتباه شناسایی می کنند و باعث اختلالات خود ایمنی می شوند. اتوآنتی بادی ها با بیش از 80 بیماری جدی خود ایمنی از جمله آرتریت روماتوئید، پسوریازیس، لوپوس، مولتیپل اسکلروزیس و دیابت نوع 1 ، مرتبط هستند. بسیاری از این بیماران برای کاهش درد و رنج خود نیاز به مراقبت و درمان مادام العمر دارند. اتوآنتی بادی ها در خون حدود 10٪ از جمعیت وجود دارند. به دلیل شیوع بالای بیماریهای خود ایمنی، این بیماری ها تأثیر اقتصادی بسیار زیادی بر جا گذاشته اند. این تاثیرات برای برخی از کشورها دو برابر سرطان تخمین زده می شود. اتوآنتی بادی ها مدت طولانی قبل از شروع بالینی بیماری خود ایمنی در خون ظاهر می شوند و از ویژگی های آنها برای پیش بینی فعالیت بیماری و شدت آن استفاده می شود.

در حال حاضر، درمان بیماری های خود ایمنی به دلیل تغییرات چشمگیر در نتایج تست های تجاری توسط تولید کنندگان مختلف، بسیار پیچیده است.

دکتر Alexey Orlov ، دانشمند ارشد بیوفوتونیك می گوید: بسته به آزمایشگاهی که تست را انجام می دهد و روش استفاده شده، غلظت آنتی بادی در یک نمونه ی یکسان در یک زمان، ممكن است تا 10 برابر متغیر باشد، در حقیقت، هیچ کس نمی تواند برای ارزیابی راندمان درمانی به غلظت اتوآنتی بادی به عنوان یک پارامتر کمّی اعتماد کند.

چنین تناقضاتی در نتایج آزمایش از ماهیت پیچیده ی اتو آنتی بادیها ناشی می شود. اتوآنتی بادیها مجموعه ای از بسیاری از مولکول های ناهمگن هستند که با روشهای متفاوتی با یکدیگر و با یک هدف تعامل دارند. تاکنون هیچ تکنیکی ظرفیت پاسخگویی به آن را فراهم نکرده است.

همچنین روش های موجود، که به طور گسترده در بخشهای بالینی مورد استفاده قرار می گیرد، گزینه ای برای توصیف نوع فعالیت اتوآنتی بادی ها ندارند- پارامتری که نشان می دهد این آنتی بادی ها چه تاثیری در بافت های هدف بر جا می گذارند. نویسندگان ابزاری را تهیه کرده اند که به طور هم زمان هر دو موضوع را مورد بررسی قرار می دهد: اندازه گیری سریع و با حساسیت بالای فعالیت اتوآنتی بادی و اندازه گیری غلظت اتوآنتی بادی.

یکی دیگر از ویژگی های ابتکاری این روش، تعیین همزمان غلظت و فعالیت آنتی بادی ها برای چندین هدف در یک نمونه ی واحد است. چنین رویکرد قابل ملاحظه ای شایستگی تشخیصی محلول را افزایش می دهد زیرا سطوح مختلف اتوآنتی بادیها برای اهداف متفاوت ممکن است نشان دهنده بیماریهای مجزا باشند. تجزیه و تحلیل همبستگی داده ها به طور همزمان بر روی اتوآنتی بادی های متعدد، می تواند به طور قابل توجهی دقت تشخیص را افزایش دهد.Averyan Pushkarev ، یکی از نویسندگان این مطالعه و دانشجوی دکترا در MIPT ، گفت: به همین دلیل است که ما سیستم خود را multiplex یا multiparametric  می نامیم. یکی از مزایای مهم مواد مصرفی مورد استفاده در تکنیک ما است: ما از لامل شیشه ای استاندارد میکروسکوپ استفاده می کنیم، که هزینه کم آن به ویژه برای تشخیص پزشکی، به عنوان مواد مصرفی یکبار مصرف، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

در حالی که در این مطالعه محققان خصوصیات آنتی بادی ها را برای دو هدف بطور همزمان تعیین کردند، تیم در تلاش است تا تعداد آن ها را افزایش دهد. به عنوان مثال، با استفاده از فناوری میکروچیپ، هزاران هدف با اندازه ی 100 میکرون را می توان در یک لامل شیشه ای قرار داد.

در تکنیک جدید، قطره ای از سرم خون بیمار بر روی سطح لامل شیشه منتقل می شود. اگر اتوآنتی بادی در سرم وجود داشته باشد، آنها می توانند اهداف خود را که روی شیشه قرار داده شده اند، شناسایی و به آنها بچسبند، و ضخامت بیولایه را روی شیشه افزایش دهند. در زیر لامل شیشه ای، یک سیستم تداخل سنجی نوری وجود دارد که در GPI RAS ساخته شده است. این گزارشگر نوری منحصر به فرد، اندازه گیری ها را در زمان واقعی از ضخامت لایه ی مولکولی در هر نقطه روی سطح شیشه امکان پذیر می کند.

اورلوف افزود: جزئیات روش ما اساساً مهم هستند، بر خلاف بسیاری از روش های دیگر، ما اتوآنتی بادی ها را در تعامل با اهداف متحرک قرار می دهیم اما اهداف را بر روی سطح شیشه بی حرکت نکرده ایم. این اولین راه حل است که امکان بررسی تعامل اتوآنتی بادی با اهدافش را در فرم و محیط طبیعی آنها فراهم می کند، زیرا آنها در یک ارگانیسم زنده به همین صورت با هم تعامل دارند.

این کار به این ترتیب انجام می شود: محققان هنگامی که یک اتوآنتی بادی به یک هدف روی شیشه وصل شود، محلولی از مولکولهای هدف آزاد را بر روی شیشه پمپ می کنند. در این مرحله، آنها رویکردی را پیاده سازی کردند که تاکنون هیچ کس نتوانسته بود آن را عملی کند. هر اتوآنتی بادی دارای یک یا چند قطعه شناسایی کننده، معروف به قطعات Fab یا "دست" است که می تواند اهداف را شناسایی و آنها را بگیرد. در این آزمایش، یک آنتی بادی با یک "دست" هدف بی حرکت را گرفته و از دستهای دیگرش برای گرفتن اهداف متحرک در نمونه ی سرم استفاده می کند. این فرآیند داده های کمّی را در مورد فعالیت واقعی اتوآنتی بادی ها ارائه می دهد. علاوه بر این، این ستاپ، از یک سو، اتوآنتی بادی را به شکل طبیعی آن در بدن بر روی شیشه بدون تحرک قرار می دهد و از سوی دیگر، اتصال اجزای خارجی که ممکن است نتایج را تحت تأثیر قرار دهد، به حداقل می رساند.

دکتر Petr Nikitin ، نویسنده ارشد این مقاله و رئیس آزمایشگاه بیوفوتونیک در GPI RAS ، می گوید: ما نه تنها یک آزمایش تشخیصی کارآمد، بلکه یک ابزار منحصر به فرد را برای بررسی اتوآنتی بادی ها تهیه کرده ایم. ما با استفاده از نمونه ی خون بیمار نشان دادیم  که پارامتر کمّی میزان فعالیت اتوآنتی بادیها مستقل از غلظت آنها است. پزشکان اکنون ابزاری برای کنترل کمی هر دو پارامتر کلیدی در طول یک بیماری، و ارائه روش های پیشرفته جدید برای تشخیص و درمان اختلالات خود ایمنی در اختیار دارند.

این تحقیق توسط بنیاد علوم روسیه پشتیبانی شده است.

منبع:

Orlov, A.V., et al. (2020) Multiplex label-free biosensor for detection of autoantibodies in human serum: Tool for new kinetics-based diagnostics of autoimmune diseases. Biosensors and Bioelectronics. doi.org/10.1016/j.bios.2020.112187.

https://www.news-medical.net/news/20200519/Researchers-develop-novel-method-to-diagnose-and-monitor-autoimmune-disorders.aspx