Журнал гликомики и липидомики
Открытый доступ

Абстрактный

Электрохимический биосенсор на основе мембраны эритроцитов для обнаружения фибриногена

Wonseok Lee

В последние годы мониторинг свертываемости крови стал критически важным для диагностики причин кровотечений, разработки антикоагулянтных препаратов, оценки риска кровотечения при обширных хирургических процедурах и диализе, а также исследования эффективности гемостатической терапии. В этой связи передовые технологии, такие как микрофлюидика, флуоресцентная микроскопия, электрохимическое зондирование, фотоакустическое обнаружение и микро/наноэлектромеханические системы (MEMS/NEMS), были использованы для разработки высокоточных, надежных и экономически эффективных устройств для оказания помощи в месте оказания помощи (POC). Эти устройства измеряют электрохимические, оптические и механические параметры свертываемой крови. Которые можно соотнести с пропусканием/рассеиванием света, электрическим импедансом и вязкоупругими свойствами. В этой связи в данной статье обсуждаются принципы работы мониторинга свертываемости крови, физические и сенсорные параметры в различных технологиях. Кроме того, мы обсудили недавний прогресс в разработке наноматериалов для обнаружения и лечения свертывания крови, что открывает новую область контроля и мониторинга свертывания крови в то же время в будущем. Более того, были включены коммерческие продукты, будущие тенденции/проблемы в мониторинге свертывания крови, включая новые антикоагулянтные терапии, мультиплексные сенсорные платформы и применение искусственного интеллекта в диагностике и мониторинге. Циркулирующая кровь внутри наших тел выполняет множество функций, включая транспортировку O ₂ , CO ₂ и доставку питательных веществ к клеткам. Эта циркулирующая кровь также является важным источником информации о  параметрах свертывания in vivo  , гиперкоагуляции и изменениях в фибринолизе. Свертывание крови, включающее превращение кровяной жидкости в твердый сгусток, имеет решающее значение для остановки кровотечения, когда травма происходит внутри или снаружи тела. Однако нарушения в свертываемости крови, такие как гиперкоагуляция, могут вызвать чрезмерное образование тромбов и закупорку вен, что приводит к инсульту. Рак, инфекционные заболевания, такие как ВИЧ и гепатит, травмы, диабет, окклюзия вен сетчатки и т. д. влияют на стадии коагуляции и создают серьезные осложнения. Например, опухолевые клетки могут вызывать тромбоэмболические осложнения из-за активации свертывания крови, вырабатывая прокоагулянты, такие как тканевой фактор (первичный активатор свертывания крови), высвобождая растворимые факторы, такие как тромбин, которые вызывают  Активация тромбоцитов, агрегация, экспрессия белков, регулирующих фибринолитическую систему и вызывающих нарушение фибринолитической активности плазмы. Поэтому точное измерение и понимание гемостаза, включая свертывание крови и фибринолиз, крайне востребованы для изучения дефектов сенсорных параметров в различных моделях заболеваний. Свертывание крови и фибринолиз — это сложные процессы, в которых играют роль тромбоциты, фибрины, ферменты и ряд сложных химических реакций. Благодаря достижениям в области искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения алгоритмы, которые могут отслеживать несколько параметров одновременно на протяжении всего лечения/диагностики и находить специфические для пациента закономерности, которые могут помочь в определении надлежащего лечения или основных причин, станут одним из крупнейших достижений в технологиях измерения коагуляции в ближайшие годы. Особенно с учетом проблем, поставленных новыми технологиями антикоагулянтов для текущих методов измерения, а также обоснованности и применимости диагностических параметров, таких как МНО, одновременное наблюдение нескольких параметров или сложных закономерностей в них может быть необходимым для надлежащего наблюдения за пациентами с особыми потребностями. Для этих особых случаев алгоритмы на основе искусственного интеллекта и машинного обучения, скорее всего, найдут свое место в будущих новых технологиях измерения свертываемости крови POC в ближайшие годы.  Поскольку эритроциты (RBC) также играют важную роль в свертывании крови и его нарушениях, реология RBC при различных патологических состояниях широко изучалась. Мониторинг свертываемости крови с высоким уровнем точности и надежности для корректировки дозы антикоагулянтных препаратов (например, гепарина и варфарина), изучения эффектов препаратов и проверки рисков при хирургических вмешательствах для пациентов является весьма востребованным. Вязкоупругие оценки, оптические (рассеивание и флуоресцентная визуализация) и измерение электрического импеданса часто используются как для оценки фармакологического лечения, так и для диагностики нарушений свертываемости крови. Электрохимические биосенсоры , встроенные в микрофлюидные чипы, облегчают мультиплексное измерение различных параметров, таких как pH, кислород, глюкоза, лактат и хлорид. Кроме того, микрофлюидная центрифужная технология позволила миниатюризировать типичные лабораторные процессы, такие как разделение плазмы крови и иммуноферментный анализ . В этом отношении объединение этих новых платформ с микрофлюидными вискозиметрами привело к разработке мультиплексных микрофлюидных чипов для мониторинга свертывания крови и других анализов крови. Более того, различные флюоресцентные зонды обеспечивают мониторинг различных факторов свертывания крови, таких как тромбин. Мультиплексное зондирование как для анализа свертывания крови, так и для других биохимических параметров является многообещающим для разработки недорогих и мультиплексных оценок крови .Последние достижения в области микрофлюидной технологии позволили исследователям моделировать процесс свертывания крови в физиологических условиях и изучать события на молекулярном уровне. Более того, флуоресцентная визуализация и нацеливание различных частиц с помощью флуоресцентных зондов в микрофлюидных каналах облегчают понимание взаимодействий и происхождения дефектов удаленным, точным и мультиплексным способом. Другие платформы, такие как центробежные микрофлюидные устройства, могут использоваться для будущего мультиплексного анализа крови, поскольку это облегчает разделение различных компонентов крови. Более того, мы обсудили различные наноструктурированные материалы для целей обнаружения и лечения свертывания крови, которые помогают разрабатывать будущий мониторинг и контроль гемостаза одновременно в  условиях in vivo  . В этой статье мы рассмотрели различные технологии для определения коагуляции и их принцип работы, некоторые недавние коммерческие устройства и возможности непрерывного   мониторинга гемостаза in vivo .