Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН разработали экспресс-тест нового поколения для диагностики инфаркта миокарда. Метод в 45 раз чувствительнее существующих аналогов и позволяет выявить маркер повреждения по одной капле крови всего за шесть минут.

Острый инфаркт миокарда остается одной из главных причин смерти от сердечно-сосудистых заболеваний в мире. Врачи скорой помощи и приемных отделений работают в условиях жесткого цейтнота: чем раньше подтвержден диагноз, тем выше шансы пациента. Однако существующие лабораторные анализы занимают 30-60 минут, для их проведения необходимы специальное оборудование и обученный персонал. А экспресс-тесты недостаточно чувствительны, чтобы уловить ранние признаки повреждения сердечной мышцы, поэтому часто дают ложноотрицательные результаты.Именно этот разрыв между скоростью и точностью удалось преодолеть российским ученым. В итоге была создана принципиально новая тест-система.

Для анализа с ее помощью достаточно одной капли крови. Ее наносят на тест-полоску (такую же, как в тесте на беременность) — жидкость сама впитывается и движется по ней. Одновременно включается вращающееся магнитное поле. Пока кровь течет, наноцепочки перемешивают ее, захватывают белок-маркер и оседают на тестовой линии. Весь процесс занимает 6 минут.Результат анализа считывает портативный магнитный прибор. В отличие от оптических систем, которые «видят» только поверхность полоски, магнитное поле проникает сквозь всю ее толщу. Это дает точный результат, даже если образец крови мутный или темный.Тест определяет концентрацию маркера в диапазоне от 0,02 до 50 нг/мл. Предел обнаружения — 21 пикограмм на миллилитр. Это в 45 раз чувствительнее обычных тестов на магнитных шариках и на порядки лучше большинства коммерческих экспресс-тестов. Причем тест не просто отвечает «да» или «нет», а выдает точное значение.

Экспресс-тесты долгое время упирались в компромисс: либо скорость и простота, либо лабораторная точность. Здесь этот компромисс удалось обойти принципиально: не улучшая традиционные метки, а заменив их на активно работающие. Наноцепочки во вращающемся магнитном поле сами перемешивают образец в момент анализа и сами себя концентрируют на тестовой линии. При этом переделывать тест-полоску фактически не пришлось: работа осуществляется со стандартной нитроцеллюлозной мембраной, то есть вся новизна сосредоточена в самих метках и в способе считыванияУченые обратили внимание на особый белок, связывающий жирные кислоты (сБСЖК). Среди множества веществ, попадающих в кровь при повреждении сердца, он играет особо важную роль. В отличие от тропонинов (регуляторные белки сердечной мышцы, участвующие в ее сокращении; «золотой стандарт» кардиодиагностики, требующий нескольких измерений в течение 1-3 часов), сБСЖК появляется в крови в первый час после начала приступа. Он сигнализирует о беде первым, но, чтобы его уловить, необходим очень чуткий инструмент.Чтобы пометить этот белок, ученые использовали новый тип магнитных меток: не привычные сферические частицы, а вытянутые наноцепочки — нити из оксида железа длиной около 1 микрометра (в сотни раз тоньше волоса). На поверхность цепочек крепят антитела к белку сБСЖК. Так наночастицы становятся ловушками для сердечного маркера.В неподвижной жидкости молекулы белка движутся хаотично и долго «ищут» антитела. Чтобы ускорить эту встречу, ученые поместили наноцепочки во вращающееся магнитное поле. Цепочки начинают крутиться и активно перемешивают кровь вокруг себя. В результате антитела «знакомятся» с белком в десятки раз быстрее.Исследователи обнаружили неожиданный эффект: наноцепочки, уже закрепившиеся на тестовой линии полоски, в магнитном поле начинают притягивать из потока крови новые цепочки с белком. Возникает самоусиление: чем больше меток накопилось, тем активнее они притягивают соседей. Одновременно вращение разрушает случайные, ложные прилипания, снижая фоновые сигналы примерно вдвое. Такое сочетание (рост полезного сигнала и падение помех) дает чувствительность, которой невозможно достичь каждым фактором по отдельности.Ключевая находка — это синергия вращения и иммунохроматографии. Интуитивно кажется, что направленное движение жидкости по мембране должно мешать вращению наноцепочек. На деле все наоборот: капиллярный поток непрерывно подносит свежий аналит, а вращение обеспечивает эффективное перемешивание у поверхности связывания. Вместе они работают лучше, чем порознь.Но мало просто уловить белок. Важно, чтобы тест не перепутал его с другими веществами в крови. Новый метод справляется и с этой проблемой.Мы проверили тест на панели значимых белков — кардиомаркерах (тропонин, NT-proBNP), онкомаркерах — и не увидели ни одного ложного срабатывания. Для потенциального клинического применения это критически важно, поскольку открывает возможность для создания надежного экспресс-теста, который поможет спасать человеческие жизни.По словам руководителя исследования, заведующего лабораторией ИОФ РАН Петра Никитина, новая система не требует модификации стандартных тест-полосок — они остаются дешевыми и легко тиражируемыми.«Вся магия здесь сосредоточена в способе считывания и свойствах самих наноцепочек. Портативная версия регистратора магнитных нанометок по нелинейному перемагничиванию, работающего от обычных батареек, уже была нами продемонстрирована ранее. А перспектива — это уже интеграция магнитного вращателя и регистратора в единое компактное устройство», — рассказал Петр Никитин.До внедрения в клиническую практику предстоит путь, включающий проверку на больших группах пациентов, создание компактного прибора и получение необходимых разрешений. Тем не менее сама платформа универсальна: магнитные наноцепочки во вращающемся поле могут быть адаптированы для обнаружения других трудноуловимых биомаркеров — от онкомаркеров до пищевых токсинов. По мнению авторов, технология открывает путь к созданию тест-систем, которые по одной капле крови смогут одновременно определять несколько маркеров повреждения сердца.Работа поддержана Российским научным фондом (грант № 25-12-00373).