I ricercatori dell'Istituto di fisica generale Prokhorov dell'Accademia delle scienze russa e dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca hanno sviluppato un nuovo metodo per la diagnosi e il monitoraggio delle malattie autoimmuni. In soli 25 minuti, il loro nuovo biosensore non solo misura la concentrazione di autoanticorpi nel siero del sangue umano con una sensibilità estremamente elevata, ma anche, per la prima volta, quantifica la loro attività. La combinazione di questi parametri consente l'elaborazione di nuovi criteri diagnostici per le malattie autoimmuni, così come nuovi approcci al loro trattamento. Il documento è stato pubblicato in Biosensori e Bioelettronica , la rivista scientifica più prestigiosa nel campo della tecnologia di biosensori e della chimica analitica.

Gli autoanticorpi prodotti dal sistema immunitario interpretano erroneamente le cellule e gli organi dell'organismo come bersagli, causando malattie autoimmuni. Gli autoanticorpi sono associati a più di 80 gravi malattie autoimmuni che vanno dall'artrite reumatoide, psoriasi, e lupus alla sclerosi multipla e al diabete di tipo 1. Molti di loro richiedono cure e trattamenti per tutta la vita per alleviare la sofferenza.

Gli autoanticorpi sono presenti nel sangue di circa il 10% della popolazione. A causa dell'elevata prevalenza di malattie autoimmuni, l'impatto economico è enorme e per alcuni paesi è stimato doppio rispetto a quello del cancro. Gli autoanticorpi compaiono nel sangue molto prima dell'esordio clinico, e le loro caratteristiche possono essere utilizzate per prevedere l'attività e la gravità della malattia.

Attualmente, il trattamento delle malattie autoimmuni è sostanzialmente complicato a causa delle drammatiche variazioni nei risultati dei test commerciali di diversi produttori.

"A seconda del laboratorio che esegue il test, e il metodo utilizzato, la concentrazione di autoanticorpi misurata nello stesso campione contemporaneamente può variare di un fattore 10, " dice uno degli autori del giornale Alexey Orlov, uno scienziato senior del Laboratorio di biofotonica del GPI RAS e del Laboratorio di nanobiotecnologie del MIPT, un laureato 2010 del MIPT. "Infatti, nessuno poteva fare affidamento sulla concentrazione di autoanticorpi come parametro quantitativo per valutare l'efficienza della terapia".

Tali incongruenze nei risultati dei test derivano dalla natura complessa degli autoanticorpi. Un autoanticorpo comprende un insieme di molte molecole eterogenee che interagiscono tra loro e con un bersaglio in modi sostanzialmente diversi. Fino ad ora, nessuna tecnica ha fornito la capacità di tenere conto di questo fattore.

Anche, i metodi esistenti, ampiamente utilizzato nella pratica clinica, non forniscono l'opzione per caratterizzare l'attività anticorpale, il parametro che mostra quanto siano distruttivi gli anticorpi per colpire i tessuti. Gli autori hanno sviluppato uno strumento che affronta entrambi i problemi contemporaneamente:esegue misurazioni rapide ad alta sensibilità dell'attività e della concentrazione degli autoanticorpi.

Un'altra caratteristica innovativa è la determinazione simultanea in un unico campione della concentrazione e dell'attività di autoanticorpi verso più bersagli. Un tale approccio aumenta sostanzialmente il merito diagnostico della soluzione perché diversi livelli di autoanticorpi verso bersagli dissimili possono essere indicativi di malattie distinte. Un'analisi di correlazione dei dati ottenuti contemporaneamente su più autoanticorpi può migliorare notevolmente l'accuratezza della diagnostica.

"Ecco perché chiamiamo il nostro sistema multiplex, o multiparametrico, " cita il coautore dello studio Averyan Pushkarev, uno studente di dottorato del MIPT e un alumnus del 2018. "Un forte vantaggio sono i materiali di consumo utilizzati nella nostra tecnica:utilizziamo un vetro di copertura standard per microscopio. Il suo basso costo è particolarmente importante per la diagnostica medica di massa, che richiede materiali di consumo usa e getta."

Mentre lo studio dimostra la caratterizzazione simultanea di anticorpi contro due bersagli, il team sta lavorando per aumentare quel numero. Utilizzando la tecnologia del microchip, Per esempio, migliaia di bersagli da 100 micron possono essere depositati su un vetrino.

Nella nuova tecnica, una goccia di siero del sangue del paziente viene fatta passare sulla superficie del vetrino. Se gli anticorpi sono presenti nel siero, trovano i loro bersagli depositati sul vetro e si legano ad essi, aumentando lo spessore del biostrato sul vetro. Sotto il vetrino, esiste un sistema di interferometria sviluppato presso GPI RAS. Questo esclusivo lettore ottico consente misurazioni in tempo reale dello spessore dello strato molecolare in ogni punto sulla superficie del vetro.

"Un dettaglio di fondamentale importanza:a differenza di una moltitudine di altri metodi, abbiamo gli autoanticorpi che interagiscono con bersagli in movimento piuttosto che con quelli immobilizzati su una superficie, " aggiunge Orlov. "Questa è la prima soluzione in assoluto che consente di indagare sull'interazione degli autoanticorpi con bersagli nella loro forma e ambiente naturali, come sono presenti in un organismo vivente."

Ciò si ottiene come segue:una volta che un autoanticorpo si lega a un bersaglio sul vetro, i ricercatori pompano una soluzione di molecole bersaglio libere lungo il vetro. A quel punto, gli autori attuano un approccio che nessuno è stato in grado di mettere in pratica per l'importante compito menzionato. Ciascun autoanticorpo possiede uno o più frammenti di riconoscimento, noto come Fab-frammenti o 'mani, ' che può riconoscere e afferrare i bersagli. Nella prova, un autoanticorpo afferra il bersaglio immobilizzato con una "mano" e usa le altre per catturare bersagli mobili dal campione di siero. Questo processo fornisce dati quantitativi sull'attività effettiva (nativa) degli anticorpi. Inoltre, questa configurazione, da una parte, fornisce l'immobilizzazione degli autoanticorpi sul vetro nella loro forma naturale; e d'altra parte, riduce al minimo il legame di componenti estranei che possono influenzare i risultati.

"Abbiamo sviluppato non solo un test diagnostico efficiente, ma anche uno strumento unico per l'indagine degli autoanticorpi, " commenta l'autore senior del documento Petr Nikitin, che dirige il Laboratorio di Biofotonica presso GPI RAS ed è un 1979 laureato del MIPT. "Utilizzando campioni di sangue dei pazienti, abbiamo dimostrato che il parametro quantitativo dell'attività degli autoanticorpi è indipendente dalla loro concentrazione. I medici hanno ora uno strumento per monitorare quantitativamente entrambi i parametri chiave nel corso di una malattia, e l'elaborazione di nuovi metodi avanzati per la diagnostica e il trattamento dei disturbi autoimmuni".