【Nature子刊】斯坦福大学开发“实时ELISA”，可连续快速检测多种生物标志物水平

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作者：Cathy

导言：近日，斯坦福大学开发出了“实时ELISA”技术，可对体内多种生物标志物水平进行实时动态监测。

常规的体检一般都会进行血液检查，这种检测可为常规的诊断提供依据，但这种通用的测试仅能在单个时间段内提供血液快照信息，而无法进行动态的监测。对循环系统中的生物分子进行连续不断的实时检测，可以提供有关患者健康状况及其治疗反应的见解。

斯坦福大学电气工程与放射学教授Tom Soh说：“验血很有用处，但它不能告诉您例如患者的胰岛素或葡萄糖水平是增加还是减少。对这些生物标记物水平进行动态检测是十分重要的。”

近日，Soh教授与材料科学与工程学助理教授Eric Appel及其同事合作开发了一种技术，可以提供这一至关重要的缺失信息。

他们的技术称为“实时ELISA（RT-ELISA）”，能够非常快速地执行多种血液测试，然后将各个结果拼接在一起，从而能够连续、实时地监测患者血液中的化学成分。研究人员最终得到的不是快照，而是“电影”。

RT-ELISA原型包括三个模块：在第一个模块（底部）中，将受试者血液与含有靶蛋白检测探针和荧光检测抗体珠的溶液混合。第二个模块（右上方）去除过多的血细胞。第三个模块（左上方）将荧光标记的珠子转移到检测窗口，以通过高速相机进行检测  图源：Caitlin Maikawa

这项工作于12月21日发表于《自然生物医学工程》杂志，题为“A fluorescence sandwich immunoassay for the real-time continuous detection of glucose and insulin in live animals”。

研究人员使用该设备同时检测了糖尿病实验大鼠体内的胰岛素和葡萄糖水平。研究人员还说，他们的设备还有更多功能，可以轻松改装以监测几乎任何目标蛋白质或疾病生物标志物。

从技术上讲，该系统基于酶联免疫吸附测定（ELISA）技术。自20世纪70年代初以来，ELISA一直是生物分子检测的“金标准”，几乎可以鉴定血液中的任何肽类、蛋白质、抗体或激素。例如，ELISA分析擅长于识别过敏源。它还可用于检测HIV、西尼罗河病毒，以及可导致COVID-19的SARS-CoV-2冠状病毒等。

Soh说：“我们不断进行ELISA。”

实时ELISA本质上是一个芯片实验室，芯片内的微小管道和阀门比头发直径还小。静脉注射针将患者的血液引导到该设备的微小回路中，并在此微小回路中反复进行ELISA。

Soh将这一过程比为制作“蛋白质三明治”，该过程将两个分子或抗体连接到目标蛋白质上。定制一种抗体来识别并结合在特定的生物标志物上，结合之后，第二种抗体随即被激活。该抗体发荧光或发光，可通过高速相机对其进行监测。根据血液样本的发光程度，科学家不仅可以确定目标蛋白是否存在，还可以确定其浓度。血液中存在的靶分子越多，样品将越亮。

Soh说，目前已经为葡萄糖、乳酸盐和氧气等一些血液标记物开发了实时连续血液监测器，但事实证明，将这种技术扩展到这几个例子之外“非常困难”。这就是实时ELISA对多种蛋白质的灵活性特别好的原因。

Soh说：“不要仅仅将其视为胰岛素传感器。而应将其视为以全新的方式进行ELISA的一种技术。”

实时ELISA可能还可以为生物医学研究带来好处，可以提供有关药物和其他疗法有效性的即时和详细反馈，但Soh认为，该设备在重症监护室和急诊室中将使最为有用的，因为及时和准确是最重要的。

例如，Soh指出了由COVID-19引发的“细胞因子风暴”。随着疾病的发作，患者的免疫系统会发出高度防御性警报，并产生抗病毒信号蛋白，称为细胞因子。在某些情况下，即使在疾病得到控制后，身体也无法降低细胞因子水平，而是产生越来越多的细胞因子，这可能导致脓毒症和内部器官衰竭。

Soh设想了实时ELISA的未来版本，该版本将能够告诉医生，在患者对治疗的反应中，细胞因子水平是否正在下降。Soh和他的团队已经在这方面开展工作，对其设备进行改装以测量关键的细胞因子，即IL-6。而目前，我们必须将IL-6测试送到实验室进行处理，并且需要三天才能得到结果。

Soh说：“在脓毒症中，时间是关键，每隔一个小时，死亡的可能性就会增加8％。将患者的检测时间缩短，可能会挽救生命。”

名词解释

酶联免疫吸附剂测定（ELISA）：指将可溶性的抗原或抗体结合到聚苯乙烯等固相载体上，利用抗原抗体特异性结合进行免疫反应的定性和定量检测方法。酶联免疫吸附测定（ELISA）为免疫学中的经典实验。

脓毒症（sepsis）：指由感染引起的全身炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome, SIRS），临床上证实有细菌存在或有高度可疑感染灶。虽然脓毒症是由感染引起，但是一旦发生后，其发生发展遵循其自身的病理过程和规律，故从本质上讲脓毒症是机体对感染性因素的反应。

参考资料：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-12-blood-test-device-blood-chemistry.html

【2】https://www.nature.com/articles/s41551-020-00661-1

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