Elektronika 2009-11.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych

Zastosowanie technik immunoenzymatycznych
i mikrofluidycznych do amperometrycznego
oznaczania stężenia białka C-reaktywnego
mgr inż. ANNA BARANIECKA 1,2 , mgr BEATA KAZIMIERCZAK 2 , J. KRUK 2 ,
dr inż. hab. DOROTA G. PIJANOWSKA 2 , prof. dr hab. inż. WŁADYSŁAW TORBICZ 2
1 Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa
2 Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN, Warszawa
Od czasu odkrycia (1930 r.) i wykrystalizowania (1947 r.)
białka C-reaktywnego (CRP) stale wzrasta jego rola w diagnostyce
medycznej, jako czynnika pozwalającego prognozować
możliwość wystąpienia zawału serca, wykryć stan
zapalny i nekrozę oraz ocenić ryzyko i dynamikę rozwoju choroby.
Białko CRP jest niespecyficznym białkiem ostrej fazy
i jednym z najlepszych niespecyficznych markerów wielu stanów
zapalnych. Jak wskazują wytyczne European Society of
Cardiology z 2005 roku, pożądane są dokładne i szybkie testy
do oznaczeń tego białka.
Cząsteczki CRP mają masę ~120 kDa i są pentametrami,
składają się z 5 identycznych podjednostek o masie cząsteczkowej
~21 kDa (rys. 1). Są one syntetyzowane w hepatocytach
w odpowiedzi na podwyższony poziom interleukiny-6
(IL-6) i są obecne w wątrobie oraz osoczu. W organizmie
białko to prawdopodobnie usprawnia proces immunofagocytozy,
a także w znacznym stopniu przyczynia się do łagodzenia
autoimmunizacji ustroju [1-4]. Synteza CRP może
zachodzić w szybkim tempie, co daje dużą dynamikę zmian
stężenia [1,3], mających często formę piku.
Poziom stężenia CRP jest zmienny - uwarunkowania genetyczne
- oraz zależny od płci i wieku. Polskie laboratoria
uznają za prawidłowe stężenie CRP w surowicy ludzkiej do
10 mg/l [2]. Dotychczas jednak nie zostały określone poziomy
referencyjne CRP, dla których można byłoby przyjąć, że ryzyko
zawału mięśnia sercowego jest minimalne. Według norm
amerykańskich, stężenie poniżej 1 mg/l świadczy o niskim ryzyku
wystąpienia zawału lub ataku serca. Stężenie 1…3 mg/l
może wskazywać na podwyższone ryzyko wystąpienia zawału,
powyżej 3 mg/l wskazuje na wysokie ryzyko tych zdarzeń
[5]. Natomiast stężenie powyżej 10 mg/l może świadczyć
o przewlekłym stanie zapalnym [6]. Podczas ostrych stanów
zapalnych jego stężenie może wzrosnąć nawet do
350…400 mg/l. Największe stężenie białka CRP występuje
u pacjentów z chorobą nowotworową i operacjach stanach
pooperacyjnych. Stężenie białka CRP wzrasta również w chorobie
niedokrwiennej serca i może być markerem określającym
ryzyko, zaawansowanie choroby oraz efekty terapii,
a także przy infekcjach bakteryjnych (40…200 mg/l) [7]. Standardowe
analizy medyczne dotyczące białka CRP są przeprowadzane
przy użyciu immunoenzymatycznych testów
ELISA (Enzyme-Linked Immunoassay) z poziomem detekcji
poniżej 0,2 mg/l [8].
W diagnostyce medycznej chorób serca, obok dużych laboratoriów
stale wzrasta rola systemów diagnostycznych i monitorowania
w miejscu przebywania pacjenta tzw. diagnostyka
przy łóżku pacjenta - point-of-care [9-11]. Oprócz białka CRP,
często monitorowane są inne markery sercowe takie jak: troponina,
mioglobina, kinaza kreatyninowa, hemocysteina czy
fibrynogen [12]. Poza poprawieniem jakości opieki medycznej,
szersze zastosowanie testów na CRP daje wymierne korzyści
środowiskowe i ekonomiczne, ponieważ istnieje związek między
ich stosowaniem, a zmniejszeniem nieuzasadnionego
użycia antybiotyków [13]. Bardzo przydatne stają się w tym
przypadku wielofunkcyjne urządzenia diagnostyczne z szybką
detekcją amperometryczną oraz funkcją wstępnego rozdziału
próbki, np. metodą elektroforezy kapilarnej.
Immunoczujniki CRP
Rys. 1. Białko C-reaktywne (z PDB 1GNH)
Fig. 1. C-reactive protein (from PDB 1GNH)
Od wielu lat są na świecie prowadzone prace nad czujnikami
CRP wykorzystująca różne rodzaje detekcji: optycznej
[14-22], magnetycznej [8], elektrochemicznej [23] czy piezorezystancyjnej
[24,25]. Immunoczujniki enzymatyczne (z prze-
ELEKTRONIKA 11/2009 79