پژوهشگران با ساخت یک زیستتراشه سیال یکپارچه مبتنی بر نانوکامپوزیتهای پیشرفته، راهحلی سریع، حساس و کمتهاجم برای ردیابی پروتئین اینترلوکین-۶ در نمونههای بالینی ارائه کردهاند.
به گزارش پایگاه اطلاعرسانی بنیان، پژوهشگران در مطالعهای جدید موفق به توسعه یک حسگر ایمنی سیال یکپارچه شدهاند که میتواند با حساسیت بالا و به صورت کمتهاجم، پروتئین اینترلوکین-۶ (IL-6) را در نمونههای سرم تشخیص دهد. اینترلوکین-۶ سیتوکینی کلیدی در فرآیندهای التهابی و نقش مهمی در رشد تومور و رگزایی در سرطانهای بدخیم ایفا میکند؛ از این رو اندازهگیری دقیق و سریع آن در محیطهای بالینی از اهمیت حیاتی برخوردار است. در این روش جدید، از یک زیستتراشه سیال ساختهشده بر پایه الکترودهای کربنی چاپشده استفاده شده که عملکرد آن با اصلاح سطح الکترودها توسط نانوکامپوزیتی متشکل از نانولولههای کربنی چنددیواره، پلی(آلیلآمین هیدروکلراید) و نانوذرات طلا بهینه شده است. این اصلاح، کارایی اتصال آنتیبادی و انتقال الکترون را به طور چشمگیری افزایش میدهد. حسگر طراحیشده قادر است محدوده خطی تشخیص پروتئین IL-۶ را از ۰.۰۰۱ تا ۰.۱ نانوگرم در میلیلیتر با حد تشخیص بسیار پایین ۰.۰۵ پیکوگرم در میلیلیتر پوشش دهد. این رویکرد در مقایسه با روشهای سنتی دستهای تشخیص IL-۶، از حساسیت و تکرارپذیری بالاتر و نیز سرعت عمل بیشتری برخوردار است و امکان ارائه یک راهحل نقطهای مراقبت برای پایش التهاب و شرایط مرتبط با سرطان را فراهم میکند.
معرفی اینترلوکین-۶ و ضرورت تشخیص زودهنگام
اینترلوکین-۶ (IL-6) یک سیتوکین پیشالتهابی است که نه تنها در پاسخهای ایمنی بدن نقش محوری دارد، بلکه به عنوان یک عامل کلیدی در رشد، تکثیر و متاستاز سلولهای سرطانی نیز شناخته میشود. سطوح بالای این پروتئین در خون با طیف وسیعی از بیماریها از جمله سرطانهای پستان، روده بزرگ و پروستات، همچنین بیماریهای خودایمنی و عفونتهای حاد مرتبط است. از این رو، نظارت بر غلظت IL-6 میتواند به عنوان یک شاخص زیستی قوی برای تشخیص زودهنگام التهاب، ارزیابی پیشرفت بیماری و کنترل پاسخ به درمان مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، روشهای متداول آزمایشگاهی مانند الایزا، اغلب زمانبر، پرهزینه و نیازمند تجهیزات بزرگ و نیروی متخصص هستند.
گذر از روشهای دستهای به سمت تشخیص سیال یکپارچه
ایده اصلی این پژوهش، جایگزینی روشهای سنتی "دستهای" با یک سیستم تشخیص "جریانمحور" یا "سیال" یکپارچه است. در این رویکرد جدید، تمام مراحل تشخیص - از تزریق نمونه تا خوانش پاسخ الکتروشیمیایی - درون یک کانال میکروسیال کوچک و بر روی یک بستر الکترودی واحد انجام میشود. این یکپارچگی، حجم نمونه و معرف مورد نیاز را به شدت کاهش میدهد، احتمال آلودگی نمونه را کم میکند و مهمتر از همه، سرعت کلی آنالیز را افزایش میدهد. هدف نهایی، دستیابی به دستگاهی است که امکان تشخیص در نقطهی مراقبت را فراهم کند.
قلب حسگر: الکترودهای کربنی چاپشده و مهندسی سطح با نانوکامپوزیت
بستر اصلی این حسگر ایمنی سیال، الکترودهای کربنی چاپشده (SPCEs) هستند که به دلیل هزینه پایین، تولید انبوه آسان و عملکرد الکتروشیمیایی مناسب انتخاب شدهاند. اما نکته کلیدی، مهندسی سطح این الکترودها برای بهبود عملکرد است. پژوهشگران با پوششدهی الکترودها با نانوکامپوزیت نانولولهکربنی چنددیواره/پلیالیلآمین/نانوذرات طلا (MWCNTs-PAH/AuNPs)، سطح موثر و هدایت الکتریکی الکترود را به میزان قابل توجهی افزایش دادند. این نانوکامپوزیت، بستری متخلخل و پایدار فراهم میکند که آنتیبادیهای اختصاصی ضد IL-6 را به طور محکم و جهتدار روی سطح تثبیت میکند.
تایید ساختار و عملکرد: ویژگییابیهای میکروسکوپی و الکتروشیمیایی
پژوهشگران برای اطمینان از موفقیتآمیز بودن سنتز نانوکامپوزیت و بررسی ویژگیهای آن، از تکنیکهای پیشرفتهی ویژگییابی بهره بردند. تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) توزیع یکنواخت نانولولههای کربنی و نانوذرات طلا را روی سطح الکترود تأیید کرد. طیفسنجی رامان نیز وجود و کیفیت نانولولههای کربنی را نشان داد. در بخش ارزیابی الکتروشیمیایی، از تکنیکهای ولتامتری چرخهای (CV) و ولتامتری موج مربعی (SWV) برای بررسی رفتار انتقال الکترون در سطح اصلاحشده و در نهایت، برای اندازهگیری کمی پروتئین IL-6 استفاده شد.
کارایی استثنایی: حساسیت بالا، محدوده تشخیص گسترده و حد تشخیص بسیار پایین
نتایج آزمایشهای الکتروشیمیایی، عملکرد فوقالعاده حسگر را به نمایش گذاشت. این حسگر در شرایط بهینه، محدوده خطی وسیعی برای تشخیص IL-6 از ۰.۰۰۱ تا ۰.۱ نانوگرم بر میلیلیتر نشان داد. حد تشخیص این دستگاه به ۰.۰۵ پیکوگرم بر میلیلیتر رسید که عددی بسیار پایین و نشاندهنده حساسیت بسیار بالا است. این بدان معناست که حسگر قادر است مقادیر بسیار ناچیز از این زیستنشانگر را که ممکن است در مراحل بسیار اولیه بیماری حضور داشته باشد، شناسایی کند.
ارزیابی قابلیت اطمینان: تکرارپذیری، پایداری و گزینشپذیری
یک حسگر مناسب برای کاربردهای بالینی باید نه تنها حساس، بلکه قابل اطمینان و خاص باشد. پژوهشگران با انجام تستهای متعدد تکرارپذیری، نشان دادند که پاسخ حسگر در اندازهگیریهای مکرر نمونه یکسان، ثابت و قابل تکثیر است. تستهای پایداری نیز نشان داد که حسگر پس از ذخیرهسازی، عملکرد خود را حفظ میکند. همچنین، آزمایشهای گزینشپذیری تأیید کردند که حسگر حتی در حضور پروتئینها و مولکولهای مشابه دیگر در نمونه سرم جنین گاوی (FBS)، تنها به IL-6 واکنش میدهد.
افق آینده: گامی به سوی تشخیص نقطهای مراقبت در التهاب و سرطان
این حسگر ایمنی سیال یکپارچه، با ترکیب فناوری میکروسیال، نانومواد و الکتروشیمی، پلتفرمی سریع، حساس، کمهزینه و کمتهاجم برای اندازهگیری IL-6 ارائه میدهد. این ویژگیها، آن را به گزینهای ایدهآل برای توسعه دستگاههای تشخیصی در نقطهی مراقبت تبدیل میکند. چنین دستگاههایی میتوانند در مطب پزشکان، کلینیکها یا حتی در محیطهای با منابع محدود مورد استفاده قرار گیرند و نتایج را در زمانی کوتاه ارائه دهند. این فناوری نویدبخش بهبود نظارت بر بیماران سرطانی، پایش التهاب در بیماریهای مزمن و کمک به تشخیص زودهنگام و شخصیسازی درمان است.
نتیجهگیری و چشمانداز
این تحقیق موفق به توسعه یک زیستحسگر سیال یکپارچه مبتنی بر نانوکامپوزیتهای پیشرفته شد که قابلیت تشخیص فوقحساس پروتئین IL-6 در نمونههای بیولوژیکی را با حد تشخیصی در حد پیکوگرم بر میلیلیتر دارد. این سیستم با ارائه محدوده تشخیص خطی وسیع، گزینشپذیری، پایداری و تکرارپذیری عالی، پتانسیل قابل توجهی برای کاربرد در محیطهای بالینی واقعی نشان میدهد. رویکرد جریانمحور آن، در مقایسه با روشهای دستهای متداول، سرعت تحلیل را افزایش و حجم نمونه مورد نیاز را کاهش میدهد. این دستاورد گامی اساسی به سوی تحقق دستگاههای تشخیصی در نقطهی مراقبت برای پایش سریع و کمتهاجم التهاب و سرطان است، که میتواند به تشخیص زودهنگام، نظارت بهتر بر روند درمان و در نهایت بهبود پیامدهای بالینی برای بیماران منجر شود.
پایان مطلب/