Сепсис - тяжелое инфекционное заболевание, более известное в обиходной речи как заражение крови. Оно представляет собой, по сути дела, чрезвычайно опасный воспалительный процесс, протекающий не в каком-то отдельном органе, а охватывающий весь организм в целом. До сих пор считалось, что сепсис возникает все же довольно редко, однако теперь выясняется, что это отнюдь не так. По последним данным, в одной только Германии от сепсиса ежегодно умирают 60 тысяч человек, то есть в среднем 162 человека в день. Это почти столько же, сколько от инфаркта миокарда, и гораздо больше, чем от рака груди или рака кишечника.

Ферромагнитные наночастицы в пробе крови

Конечно, для снижения столь высокой смертности самое главное - не допускать развития сепсиса, однако если он все же возник, то для успешной терапии столь же важную роль играет быстрая и надежная диагностика. Между тем, распознать сепсис отнюдь не просто. Многие симптомы носят неспецифический характер, они могут сопровождать и другие заболевания, не имеющие к сепсису никакого отношения. А лабораторный анализ, способный не только подтвердить диагноз, но и идентифицировать конкретного возбудителя, занимает порой до 48 часов, так как сепсис может вызываться десятками различных патогенов. Теряется столь важное время.

И вот теперь немецкие исследователи предложили новый метод анализа крови, позволяющий получать результаты существенно быстрее. На первый взгляд, пробирка для такого инновационного анализа ничем не отличается от стандартной. Но на самом деле в ней содержится некоторое количество ферромагнитных наночастиц, просто они в силу ничтожно малых размеров не видны невооруженным глазом. "Их взбалтывают, встряхивают пробирку так, чтобы наночастицы минуту-другую поплавали в пробе крови, - говорит Дирк Кульмайер (Dirk Kuhlmeier), научный сотрудник Института клеточной терапии и иммунологии Общества имени Фраунгофера в Лейпциге. - А потом с помощью магнита можно изолировать из крови магнитные частицы вместе с приставшими к ним микроорганизмами - или, если хотите, наоборот, микроорганизмы вместе с магнитными частицами".

Полимеразная цепная реакция на наночастицах

Речь идет о трех десятках видов бактерий и семи видах патогенных грибов, способных вызывать сепсис. Все эти инфекционные агенты от природы не ферромагнитны и сами по себе к магнитным частицам не притягиваются, поэтому используемые для анализа наночастицы оксидов железа подвергают специальной обработке: сначала на них наносится особое полимерное покрытие, а затем - так называемый функциональный слой из специальных белковых молекул.

"Это могут быть, например, антитела, - поясняет Дирк Кульмайер. - Специфические антитела, связывающие разные патогенные микроорганизмы, способные вызывать сепсис, - будь то колибактерии или, скажем, золотистый стафилококк". Ферромагнитные наночастицы вместе с "налипшими" на них микроорганизмами выуживаются из пробы крови с помощью простого магнита и направляются в связанные между собой тонкими капиллярами миниатюрные реакционные камеры, размещенные на специальной пластиковой карточке размером с кредитку.

Здесь осуществляется так называемая полимеразная цепная реакция - это широко используемый в молекулярной биологии прием, который позволяет с помощью ферментов быстро размножить определенные фрагменты нуклеиновых кислот и тем самым значительно, в сотни тысяч и миллионы раз, повысить их концентрацию в пробе биологического материала. "Мы применяем полимеразную цепную реакцию несколько необычным образом - у нас она протекает непосредственно на ферромагнитных наночастицах, - говорит Дирк Кульмайер. - Те участки бактериальных, вирусных и грибковых нуклеиновых кислот, которые носят специфический характер и могут послужить основой для идентификации патогена, мы связываем с ферромагнитными частицами и тут же эти участки амплифицируем. То есть из нескольких копий делаем так много, чтобы этого количества хватило для лабораторного анализа".

Выигрыш времени - 47 часов

Такой метод чрезвычайно эффективен: он позволяет извлекать достаточное для диагностики количество наследственного материала даже тогда, когда в крови больного обнаруживается еще очень мало возбудителей, а значит, выявлять сепсис на очень ранней стадии. К тому же амплификация нуклеиновых кислот занимает от силы полчаса, в то время как традиционный метод диагностики сепсиса предполагает размножение патогенов в культуре на питательной среде - а это процесс медленный, он требует порой до двух суток.

По завершении полимеразной цепной реакции ферромагнитные наночастицы выглядят под микроскопом как крохотные свернувшиеся в клубок ежики: фрагменты нуклеиновых кислот торчат на их поверхности как колючки. В таком виде они направляются магнитом в последнюю миниатюрную камеру на карточке - здесь находится сенсорный микрочип. "На этом чипе расположены стандартные фрагменты нуклеиновых кислот различных патогенов, способных вызывать сепсис, - говорит Дирк Кульмайер. - Здесь производится сравнение данной пробы с этим своего рода каталогом образцов, что и позволяет не только идентифицировать конкретного возбудителя, но и установить, обладает ли он резистентностью к тем или иным лекарственным препаратам".

Таким образом, новый анализ, занимающий в целом около часа, сможет не только ускорить диагностику сепсиса, но и повысить точность и эффективность терапии. По оценкам разработчиков, эта инновационная система войдет в клиническую практику года через полтора.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман