Разработанная в Институте химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН технология сканирующей проточной цитометрии позволяет определять характеристики эритроцитов и тромбоцитов в крови, количественно оценивать загрязненность воздуха и водоёмов, измерять качество молока и имеет множество других практических применений.
«Наша технология — это усовершенствованная версия проточной цитометрии. В её основе лежит измерение светорассеяния от одиночной частицы в любых дисперсных средах, что позволяет определять множество характеристик исследуемых частиц, в том числе и самые уникальные — динамические, которые трудно или даже невозможно измерить другими способами», — рассказывает инженер лаборатории цитометрии и биокинетики ИХКГ СО РАН Елизавета Мирошниченко.
Поскольку большое количество промышленных и живых жидкостей содержат отдельные частицы (именно такие системы называются дисперсными), принцип работы технологии настолько универсален, что обладает широкой областью применения — от медицинской диагностики до контроля качества молока и анализа загрязненности экологических сред.
Практически все системы, которые нас окружают — дисперсные, гомогенных сред очень мало. Например, вода Обского водохранилища — это тоже дисперсная система, а вот вода Байкала — пока ещё гомогенная.
Рассмотрим работу технологии на примере анализа бактерий: берётся проба, содержащая бактерии одного или нескольких видов, разбавляется физиологическим раствором (чтобы их концентрация не была слишком высокой), а затем запускается в прибор. Он иглой всасывает пробу, и с помощью гидрофокусировки формирует струю из последовательно пролетающих отдельных бактерий — это и есть одиночные частицы дисперсной системы. Лазер освещает каждую из них, и мы получаем от всех пролетевших частиц сигналы светорассеяния — зависимость интенсивности рассеяния от времени. Затем этот сигнал обрабатывается с помощью сложных формул, математических моделей — и таким образом исследователи восстанавливают размер, форму и другие характеристики частицы. Это как по отпечаткам следов определить высоту, вес, пол, например, медведя.
Технология проточной цитометрии разработана доктором физико-математических наук Валерием Павловичем Мальцевым, ныне заведующим лабораторией цитометрии и биокинетики, и его коллегами около 20 лет назад. За это время было построено пять всё более усовершенствованных приборов, в которых удалось повысить точность и качество измерения. На существующем анализаторе проводятся исследования и студенты выполняют лабораторные работы. В последние годы учёные сосредоточились на проработке практических направлений применения технологии.
«У нас есть два кластера, которые мы развиваем. Один из них — тот, в который мы вкладываемся сами и для реализации которого готовы искать партнеров, а второй — тот, на который нам пока просто не хватает “валентности” (заниматься одновременно всем и сразу не получается)», — рассказывает Валерий Мальцев.
К первому кластеру относятся совместные работы с Сибирским федеральным биомедицинским исследовательским центром имени академика Е.Н. Мешалкина, посвященные измерению эритроцитов, тромбоцитов и микрочастиц крови, а также создание современного варианта нефелометра — прибора, осуществляющего иммунохимический анализ антител в сыворотке крови.
«Сейчас идёт стадия, когда мы свои методические наработки проверяем на донорах из клиники. Мы уже научились правильно измерять эритроциты. Причём, если самый лучший из существующих сегодня анализаторов оценивает всего 7 параметров эритроцитов, то наш — 37. Результаты этой работы недавно опубликованы в ведущем журнале по проточной цитометрии Cytometry A. Можно не спрашивать, для чего все эти параметры нужны, потому что никто этого пока не знает, ведь раньше их никто не измерял. Следующий этап работы: нам необходимо вместе с клиникой Мешалкина начинать набирать статистику о связи заболеваний с этими параметрами, чтобы в будущем оценивать риск возникновения патологии при отклонении связанного с ней параметра от нормы», — говорит Валерий Мальцев.
Несколько ранее вышла статья и по тромбоцитам. Исследователи ИХКГ СО РАН впервые в мире научились количественно определять тромбоциты в трёх состояниях: неактивированном, частично и полностью активированном (тогда как существующие на сегодняшний день цитометры измеряют всего лишь их концентрацию и объём). Здесь тоже необходимо набирать статистику по заболеваниям — это будет следующим этапом работы с СФБМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина.
Третье направление сотрудничества с клиникой касается измерения характеристик хиломикронов (остатков пищи в крови). У здорового человека надолго они не задерживаются: вы вечером поели, и если все нормально, то утром хиломикронов в крови уже нет, а у людей, которые страдают определёнными заболеваниями, в частности — атеросклерозом, они присутствуют. В лаборатории уже научились измерять их количество, размеры и плотность. «Это все статические характеристики. Необходимо научиться измерять скорость вывода хиломикронов из крови, что очень важно. Если организм не выводит их в течении восьми часов, значит произошло нарушение работы печени или чего-то ещё (к таким последствиям могут приводит разные факторы), — объясняет исследователь. — Это интересная работа, которую мы собираемся осуществлять в любом случае, вне зависимости от наличия финансирования, потому что это реальная помощь пациентам клиники Мешалкина».
Пока проточный цитометр ИХКГ СО РАН есть только в институте, и кровь для анализов приходится привозить сюда. Для того чтобы подобный прибор заработал в СФБМИЦ им. ак. Е.Н.Мешалкина (перевозка проб искажает результаты измерения характеристик клеток), необходимо дополнительное финансирование.
Цитометры производят ограниченное число стран — здесь требуются современные технологические решения в электронике, гидродинамике, оптике, лазерной физике. В нашей стране созданием таких приборов занимается только лаборатория цитометрии и биокинетики ИХКГ СО РАН. «Мы сами производим цитометры: разрабатываем нужную конфигурацию с нуля, изготавливаем, собираем и запускаем. Сервисное обслуживание и обновление? Не вопрос. Это же наша технология от первого винтика до самой длинной строки в программном обеспечении. Надо сказать, что название «проточный цитометр» в большинстве случаев неверное. Весь мир производит не проточные цитометры, а проточные цитосчётчики, которые просто подсчитывают определённые типы клеток. А наш анализатор именно измеряет их. Так что, по сути, сегодня в мире существует всего лишь один проточный цитометр — наш», — отмечает Валерий Мальцев.
Четвертое из развиваемых собственными силами направлений связано с разработкой самого современного варианта нефелометра — прибора для измерения оптики рассеивающих сред. Этот аппарат в сравнении с основной технологией достаточно прост, но зато он может быть использован для выявления заболеваний у населения в малонаселенных пунктах, где нет разветвленной базы медицинского анализа. При проведении иммунохимического анализа сыворотки крови аппарат выявляет наличие антител к определённым заболеваниям (гриппу, гепатиту и многим другим).
На сегодняшний день в лаборатории существует четыре проработанных проекта, по которым промышленники уже сейчас могут выпускать приборы. Это оригинальный гематологический анализатор распределенного типа, анализатор риска преждевременных родов для роддомов и перинатальных центров, высокочувствительный иммунохимический анализатор сывороток крови и анализатор эритроцитов «Эриана» для спортивной медицины.
«Остальные проекты находятся в стадии НИОКР, где нам нужен партнер, которому этот анализ интересен. Например, до сих пор нет никакого экспресс-анализа устойчивости палочки Коха к антибиотикам. Мы можем такой анализ разработать на базе технологии сканирующей проточной цитометрии, но почему-то Новосибирскому научно-исследовательскому институту туберкулеза Минздрава России такой проект неинтересен», — говорит Валерий Мальцев.
К проектам, требующих участия партнера-пользователя, относятся и анализатор жирности молока (с определением количества жиров растительного происхождения), исследование дисперсного состава водоёмов и аэрозолей в воздухе и промышленных выбросах, анализаторы качества нефтепродуктов и дисперсности гуматов при производстве удобрений. Исследователи гарантируют, что качество анализа этих дисперсных систем будет превышать мировой уровень.
Диана Хомякова
Фото Елизаветы Мирошниченко
