几乎无痛的微针贴片可以检测细胞间液体中的抗体和其他物质

抽血一点都不好玩。

他们受到伤害。静脉可能会破裂，甚至会滚动——就像他们试图避开针头一样。

医生经常使用血液样本来检查疾病的生物标志物:表明病毒或细菌感染的抗体，如导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒;或者是类风湿关节炎和败血症中炎症的细胞因子。

不过，这些生物标记并不仅仅存在于血液中。它们也可以在我们细胞周围的高密度液体介质中被发现，但含量很低，因此很难被检测到。

直到现在。

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的工程师开发了一种微针贴片，可以应用在皮肤上，捕捉感兴趣的生物标记，由于其前所未有的灵敏度，使临床医生能够检测到它的存在。

这项技术成本低，临床医生和患者自己都很容易使用，而且可以避免仅仅为了抽血而去医院。

该研究由机械工程与材料科学系Lilyan & E. Lisle Hughes教授Srikanth Singamaneni的实验室完成，并于1月22日在线发表在该杂志上自然生物医学工程。

除了低成本和易于使用之外，这些微针贴片还有一个比抽血更重要的优势，对一些人来说可能是最重要的特点:“它们完全无痛，”Singamaneni说。

用这些微针贴片寻找生物标志物与血液检测类似。但是，与使用一种溶液来寻找和量化血液中的生物标志物不同，微针直接从皮肤细胞周围的液体中捕获生物标志物，这种液体被称为真皮间质液(ISF)。一旦生物标记物被捕获，它们就会以同样的方式被检测——利用荧光来显示它们的存在和数量。

ISF是生物分子的丰富来源，从神经递质到细胞废物，都密集地堆积着。然而，传统的方法通常需要从皮肤中提取ISF作为ISF的生物标志物。这种方法是困难的，通常可以得到的ISF的数量是不够的分析。这一直是开发基于微针的生物传感技术的主要障碍。

另一种方法是在不提取ISF的情况下直接捕获ISF中的生物标志物。就像出现在一场拥挤的音乐会并试图走到前面一样，生物标记必须在到达皮肤组织中的微针之前穿过拥挤的、动态的ISF汤。在这样的条件下，用传统的检测方法获取足够的生物标志物并不容易。

但是这个团队有一个秘密武器:“等离子体荧光”，一种超明亮的荧光纳米标签。与传统的荧光标记相比，当使用等离子体荧光在微针贴片上进行检测时，目标蛋白生物标记物的信号亮度约为前者的1400倍，即使它们在低浓度存在时也能被检测到。

“以前，生物标记物的浓度必须在每毫升液体中只有几微克的数量级，”Singamaneni实验室的研究生、论文的主要作者之一Zheyu (Ryan) Wang说。这远远超出了现实世界的生理范围。但是使用等离子体荧光，研究小组能够检测到每毫升微克数量级的生物标记物。

“这是一个更加敏感的数量级，”瑞安说。

这些贴片有很多特性，可以对医学、病人护理和研究产生真正的影响。

它们将使医疗提供者能够随着时间的推移监测生物标志物，这在了解免疫如何在新疾病中发挥作用方面尤其重要。

例如，研究COVID-19疫苗的研究人员需要知道人们是否产生了正确的抗体以及产生抗体的时间有多长。Singamaneni说:“让我们贴上贴片，看看患者是否具有抗COVID-19抗体，以及抗体水平。”

或者,在紧急情况下,“当有人抱怨胸部疼痛和他们被救护车送往医院,并在那里,就我们希望可以应用补丁,“精益的菜肴,一个学生最近毕业于Singamaneni实验室和论文的主要作者之一,说。不需要去医院抽血，急救人员可以使用微针贴片检测肌钙蛋白，这是表明心肌梗死的生物标志物。

对于需要定期监测的慢性疾病患者，微针的补丁可以减少不必要的去医院的次数，节省金钱、时间和不适——很多不适。

贴片几乎没有疼痛。“它们深入皮肤组织约400微米，”Singamaneni说。“它们甚至不会触及感觉神经。”

在实验室中，使用这项技术可以限制研究所需的动物数量。有时研究需要连续进行大量的测量来捕捉生物标志物的起起落落——例如，监测败血症的进展。有时，这意味着很多小动物。

Singamaneni说:“我们可以显著减少这种研究所需的动物数量。”

影响是巨大的，Singamaneni的实验室想要确保它们都得到探索。

还有很多工作要做，他说:“我们必须确定临床的界限，”也就是说，ISF中的生物标志物对应于正常和异常水平的范围。“我们必须确定哪些水平的生物标志物是正常的，哪些是病态的。”他的研究小组正在研究长距离和恶劣条件下的运送方法，为改善农村医疗保健提供选择。

“但我们不必自己做所有这些事情，”Singamaneni说。相反，这项技术将被用于不同医学领域的专家。

“我们创造了一种任何人都可以使用的平台技术，”他说。“他们可以用它来找到自己感兴趣的生物标志物。”

我们不需要自己做这些事

Singamaneni和医学院骨和矿物疾病部的医学助理教授Erica L. Scheller一起研究了局部组织中生物标志物的浓度。

目前的评估方法需要分离局部组织，不允许连续和连续的检查。Singamaneni和Scheller正在开发一个更好的平台来实现对当地的长期监测生物标志物浓度。

一起工作

机械工程与材料科学系的Lilyan E. Lisle Hughes教授Srikanth Singamaneni和生物医学工程系的助理教授Jai S. Rudra一起研究可卡因疫苗，这种疫苗通过阻止可卡因进入大脑的能力发挥作用。

目前这种疫苗的候选品种不会带来长期的结果;它们需要频繁的提升。Singamaneni和Rudra想要一种更好的方法来确定疫苗的效果何时减弱。Singamaneni说:“我们已经证明，我们可以使用这些贴片来了解一个人是否仍在产生必要的抗体。”“不需要抽血。”

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