Микрожидкостный чип поможет в работе токсикологам

Нидерландские и немецкие ученые разработали микрожидкостный чип, позволяющий быстро оценить метаболизм и эффекты различных токсичных веществ в организме. Отчет о работе опубликован в журнале Lab on a Chip.

Токсичность многих веществ обусловлена ковалентным связыванием их активных форм с биологическими макромолекулами, в первую очередь белками. Процесс происходит в две стадии: метаболическая активация токсичного вещества с образованием его активных форм и собственно связывание с образованием так называемого аддукта. Проанализировать это взаимодействие достаточно сложно, поскольку в большинстве случаев оно происходит очень быстро. При этом анализ аддуктов необходим для оценки опасности различных веществ, механизма их активации и действия, а также мониторинга хронического воздействия токсичных химикатов.

Чтобы решить эту задачу, сотрудники Университетов Твенте и Мюнстера создали микрожидкостный чип. Он состоит из электрохимического элемента — реактора объемом 160 нанолитров с покрытыми бором алмазными электродами, которые активируют интересующее вещество электричеством, и специально разработанного пассивного градиентного микромиксера.

Фактически, микромиксер и представляет собой основное ноу-хау — в микрообъеме традиционное смешивание веществ с помощью Т-образной трубки происходит медленно и неэффективно, что может привести к утрате активности вещества и, как следствие, отсутствию его реакции с белком. Поэтому ученые разработали двухкамерный миксер, в который активная форма токсичного химиката и белок подаются с разных сторон под углом. Форма камер обеспечивает вращение градиента их концентраций, благодаря которому эффективность перемешивания составляет от 76 до 80 процентов в течение нескольких секунд. Сам миксер объемом 790 пиколитров занимает площадь всего 0,12 квадратного миллиметра. Продукты реакции на выходе из микромиксера анализируются методом масс-спектрометрии.

В ходе экспериментов ученые успешно активировали гидроксипирен (метаболит полициклического ароматического углеводорода пирена, который образуется при неполном сгорании органических материалов и является распространенным загрязнителем воздуха), после чего получили и проанализировали его аддукты, образованные при реакции с коровьим лактоглобулином и человеческим гемоглобином. Кроме того, с помощью чипа они пронаблюдали инактивацию гидроксипирена естественным антиоксидантом глутатионом.

По словам исследователей, их микрожидкостное устройство универсально: с его помощью можно анализировать взаимодействия любых активных молекул с любыми белками и изучать свойства получающихся аддуктов. При этом процесс анализа занимает немного времени (скорость реакций схожа с таковой в живом организме) и требует минимального количества реагентов, что значительно удешевляет исследование по сравнению с имеющимися методиками.

Число экспериментальных микроустройств для проведения различных анализов постоянно растет. В качестве примера можно упомянуть гидрогелевую наноплатформу и наномеханический датчик для диагностики рака, а также микрожидкостный «ЭКО-чип», с помощью которого можно в реальном времени наблюдать за слиянием сперматозоида с яйцеклеткой.

Олег Лищук