Біологічні науки / 9. Біохімія і біофізика

Герешко А. М.

Національний університет харчових технологій, Україна

Розробка біосенсорної системи для одночасного визначення сечовини та креатиніну

Вирішення питань, пов’язаних з охороною здоров’я населення і ранньою діагностикою захворювань, потребує розвитку нових та ефективних методів визначення компонентів біологічних рідин — маркерів функціонування органів та систем органів людського організму. Особливої актуальності ця проблема набуває з погляду на стабільне (до 7 % щорічно) збільшення кількості хворих, що потребують лікування методами замісної ниркової терапії, до яких, в першу чергу, відноситься гемодіаліз.

Для діагностики захворювання нирок та оцінки ефективності гемодіалізу існують загальноприйняті діагностичні показники, а саме рівень метаболітів азотистого обміну – сечовини та креатиніну [1].

У сучасній лабораторній діагностиці моніторинг сечовини і креатиніну здійснюється, в основному, за допомогою колориметричних методів детекції.

Для визначення концентрації сечовини використовують прямі хімічні методи, засновані на реакції сечовини з диацетилмонооксимом, або ж ферментативні реакції з уреазою. В обох випадках використовують колориметричну детекцію. Для визначення вмісту креатиніну в повсякденній клінічній практиці найпоширенішим тестом є метод Яффе. Слід зазначити, що чутливість і відтворюваність цих методів сильно залежить від стабільності забарвленого комплексу, рН, температури, тривалості пробопідготовки. В результаті, ці методи є складними, довготривалими в часі, потребують висококваліфікованого персоналу, крім того до сьогодні не існує аналітичної системи, яка б дозволяла проводити одночасний аналіз креатиніну та сечовини в одній пробі. Тому такі недоліки традиційних методів роблять їх непридатними для діагностики ниркових розладів безпосередньо біля ліжка хворого.

Для вирішення цієї проблеми потрібні швидкі, чутливі, прості, селективні та недорогі методи діагностики. Ці потреби можуть бути повністю реалізовані з використанням біосенсорних приладів[2], які об’єднують в собі передові досягнення в розвитку біології, фізики, хімії та мікроелектроніки. Потенціометричні сенсорні елементи на основі іон-селективних польових транзисторів (ІСПТ) є дуже перспективними з точки зору побудови мультисенсорних систем для одночасного визначення в медичному та екологічному моніторингу, оскільки вони мають високу чутливість, швидкодію, малі розміри, сумісні зі стандартними мікроелектронними технологіями та придатні для масового виробництва[3].

Тому метою даної роботи була спрямована на створення біосенсорної системи для одночасного визначення сечовини і креатиніну в сироватці крові пацієнтів з нирковою недостатністю та оцінки ефективності гемодіалізу.

В ході роботи було створено біоселективні елементи біосенсорів на основі креатиніндеімінази та рекомбінантної уреази. Всебічно досліджено основні аналітичні характеристики біосенсорів та підібрано оптимальні умови їх роботи як в модельних розчинах та і з реальними зразками.

Показано, що використання в роботі біоселективного елементу на основі рекомбінантної уреази призводить до розширення лінійного діапазону визначення сечовини, що дозволяє значно зменшити ступінь розведення біологічних зразків, а відповідно – похибку аналізу, а також створює підходи до одночасного визначення сечовини та креатиніну.

В результаті експериментальних досліджень було встановлено лінійні діапазони вимірювань концентрацій креатиніну і сечовини, які складали 0,02 - 2 мМ і 0,5 - 15мМ, відповідно та мінімальні межі, виявленні в обох випадках, співпали з нижніми межами лінійних діапазонів. Створені потенціометричні біосенсори були використані для кількісного визначення сечовини і креатиніну в реальних зразках (сироватка/діалізат крові), вони демонстрували високий ступінь кореляції з результатами, отриманими класичними методами.

Отже, нами була розроблена біосенсорна система для одночасного вимірювання сечовини і креатиніну на основі рН-чутливих польових транзисторів та іммобілізованих ферментів для одночасного визначення концентрацій сечовини та креатиніну у сироватці крові хворих на ниркову недостатність, а також для оцінки ефективності процедури гемодіалізу.

Література:

1. Premanode B., Toumazou C., A novel, low power biosensor for real time monitoring of creatinine and urea in peritoneal dialysis // Sensor and Actuators В. – 2007. – №120. – Р. 732 - 735.

2. Koncki R., Recent development in potentiometric biosensors for biomedical analysis // Analytica Chimica Acta. – 2007. – №599. – Р. 7-15.

3. Chen J.C., Chou J.C., Sun T.P., Hsiung S.K., Portable urea biosensor based on the extendedgate field effect transistor // Sensor and Actuators B. – 2003. – Vol. 91. – P. 180 – 186.