Почти 200 миллионов человек, включая детей, по всему миру страдают эндометриозом — хроническим заболеванием, при котором слизистая оболочка матки разрастается за её пределами. Более тяжёлые симптомы, такие как сильная боль и потенциальное бесплодие, часто можно смягчить при раннем выявлении и лечении, но единого диагностического теста для этого заболевания не существует, несмотря на лёгкость доступа к ткани, которая непосредственно связана с эндометриозом.
Профессор Пенн Стейт Дипанджан Пан сказал, что кровь и ткани, выделяющиеся из матки каждый месяц, часто упускаются из виду — и даже стигматизируются некоторыми — как медицинские отходы. Однако менструальные выделения могут обеспечить более раннее и доступное обнаружение биологических маркеров для диагностики этого заболевания.
Инновационное устройство для диагностики
Пан и его группа разработали концептуальное устройство, способное обнаруживать HMGB1 — белок, участвующий в развитии и прогрессировании эндометриоза, в менструальной крови с чувствительностью на 500% выше, чем у существующих лабораторных подходов. Устройство, которое по внешнему виду и принципу работы во многом напоминает тест на беременность, основано на новой технике синтеза нанолистов из боропhena — атомарно тонкого двумерного материала, по словам Пана, профессора кафедры наноматериалов и соответствующего автора исследования, в котором подробно описана работа группы.
Исследование опубликовано
Исследование [опубликовано](https://doi.org/10.1021/acscentsci.5c00474) в журнале ACS Central Science и представлено на обложке.
«Несмотря на значительный потенциал менструальных выделений как [диагностического инструмента](https://phys.org/tags/diagnostic+tool/) для здоровья женщин, они часто сталкиваются с серьёзными проблемами из-за [социальной стигмы](https://phys.org/tags/social+stigma/) и ограниченного доступа к доступным диагностическим методам», — сказал Пан, профессор ядерной инженерии и материаловедения и инженерии. Он также сотрудничает с кафедрами биомедицинской инженерии и радиационной онкологии.
Существующие подходы к диагностике
Существующие диагностические подходы включают внутривенные анализы крови и лабораторные исследования в сочетании с визуализацией и сбором обширного анамнеза пациента для постановки окончательного диагноза. Такие проблемы способствуют задержкам в диагностике эндометриоза. В одном из исследований, проведённом среди 218 женщин, было выявлено, что в Соединённых Штатах задержка в диагностике может достигать 12 лет.
«Используя новый двумерный материал — боропхен, наш подход предлагает уникальную возможность снизить стигматизацию менструации и одновременно продвигать здоровье женщин», — сказал Пан.
Преимущества боропhena
Боропхен — это производное химического элемента бора, похожее на более изученный графен — лёгкий двумерный материал из углерода. Однако боропхен имеет преимущество перед графеном. «Работа моей группы демонстрирует, что боропхен обладает высокой биосовместимостью и является биоразлагаемым материалом, что делает его очень подходящим для биомедицинских применений», — сказал Пан. Однако он отметил, что изготовление чистой формы материала может быть сложным.
В этом исследовании исследователи заменили спиртовой растворитель на воду. Они диспергировали порошкообразный бор в воде, разрушая химическое вещество и преобразуя его в «чистые» нанолисты, по словам Пана. Затем команда закрепила антитела, которые распознают белок HMGB1, на нанолистах.
«Представьте себе посадку сада, — сказал Пан. — Земля — нанолисты — должна быть ровной и свободной от сорняков, прежде чем вы сможете удобрить почву — добавить антитела. Затем у вас будет лучшая среда для выращивания желаемых овощей — белков HMGB1. Это была наша цель — создать однородную основу, на которой антитела могли бы распознавать и захватывать белки HMGB1».
Валидация устройства
Пан и его команда использовали несколько методов визуализации и химического анализа, чтобы подтвердить, что антитела правильно захватывают и связываются с HMGB1. Исследователи разместили проверенные нанолисты в тестовом устройстве, похожем на [тест на беременность](https://phys.org/tags/pregnancy+test/), который показывает одну линию при отрицательном результате и две при положительном. Когда образец крови проходит по тестовой полоске, если присутствуют какие-либо белки HMGB1, они связываются с антителами, что затемняет тестовую полоску.
Чтобы проверить чувствительность устройства, исследователи добавили в менструальную кровь различные концентрации HMGB1 и обнаружили, что тест успешно обнаружил белок при низких концентрациях с пятикратной чувствительностью по сравнению с существующими лабораторными тестами, требующими тщательной подготовки и анализа.
«Клинические данные показывают, что уровни HMGB1 в менструальной крови значительно повышены у людей с эндометриозом по сравнению со здоровыми людьми, — сказал Пан. — Однако на ранних стадиях или при бессимптомном течении заболевания уровень может быть лишь незначительно повышен — вот почему так важна высокая чувствительность к низким концентрациям HMGB1. Раннее выявление имеет решающее значение для своевременного вмешательства».
Перспективы использования
Пан сказал, что тест можно даже интегрировать в менструальные прокладки, что позволит незаметно и удобно контролировать уровень HMGB1 в домашних условиях. «Возможность обнаружения критически важных биомаркеров с помощью децентрализованной платформы, как в нашем подходе, расширяет возможности пациентов, облегчая широкое использование в более сельских районах или условиях без обширных медицинских ресурсов», — сказал Пан.
Исследователи планируют масштабировать свой подход для [клинических исследований](https://phys.org/tags/clinical+studies/), ещё больше повысить чувствительность устройства и расширить тест для обнаружения дополнительных биомаркеров заболеваний, таких как ВПЧ и рак шейки матки.