Современные диагностические методы, применяемые в медицине, позволяют своевременно выявлять и начинать лечение различных заболеваний. При проведении диагностических и лечебных процедур широко используются пептиды — вещества в виде длинных цепочек аминокислот.
Почему пептиды используют для проведения диагностических исследований
Препараты на основе пептидов обладают свойствами, делающими их максимально подходящими для выявления патологических очагов и оценки эффективности лечения:
- Легко синтезируются. На основе пептидных соединений можно легко и быстро получить лечебный или диагностический препарат с заданными характеристиками.
- Проникают в клетки и ткани без иммунного ответа. Применение этих веществ не дает реакций, мешающих лечению и диагностике.
- Безвредность. Пептидные препараты хорошо переносятся и дают минимум побочных эффектов. Их компоненты естественным образом разлагаются и выводятся из организма.
- Высокая специфичность. Пептиды можно нацеливать на конкретные мишени в организме. Их применение позволяет точно обнаруживать и уничтожать даже малые концентрации целевых молекул и клеток.
Пептиды применяются в иммуноферментном анализе (ИФА), радиоиммуноанализе (РИА), позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ-КТ), процедурах с использованием биосенсоров, хроматографии и других современных лечебно-диагностических методиках. Расскажем о самых основных и распространенных.
Зонды на основе пептидов — вещества, нацеленные на определенные «мишени»
Пептиды служат носителями для особых веществ — маркеров, используемых для обнаружения патологических очагов. Пептидные зонды, в состав которых они входят, например, используют при сцинтиграфии — диагностической процедуре для выявления измененных тканей сразу во всем организме. Пациенту вводят препарат, который накапливается в пораженных областях. Затем с помощью гамма-камеры фиксируют его распределение. Так можно, например, обнаруживать опухоли и их метастазы в костях.
Пептидные зонды используют в пептид-рецепторной радионуклидной терапии (ПРРТ) – методе лечения рака с помощью радиоактивных веществ, доставляемых напрямую к опухолевым клеткам. Этот подход позволяет уничтожать злокачественные очаги, минимально повреждая здоровые ткани.
Молекулярная визуализация. Процедура с использованием препаратов на основе пептидов
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) — популярные методы молекулярной диагностики. В обоих случаях для обнаружения очагов болезни используются меченые пептиды.
Позитронно-эмиссионная томография
ПЭТ – позитронно-эмиссионная томография – современный метод диагностики, позволяющий диагностировать заболевания, определять стадии рака, планировать лечение и оценивать его результаты. В основе метода лежит введение в организм пациента радиоактивных меток – радиофармпрепаратов на основе пептидов OTA-TATE, DOTA-TOC и DOTA-NOC.
Для выявления опухолей применяется аналог глюкозы — фтор-18 фтордезоксиглюкоза (18F-ФДГ). Злокачественные клетки активно поглощают это соединение, и их становится возможным увидеть с помощью специальной аппаратуры. Могут использоваться и другие радиофармпрепараты: 18F-FET для обнаружения опухолей головного мозга и 68Ga-PSMA для диагностики рака простаты.
Попадая в организм, радиоактивная метка испускает позитроны, сталкивающиеся с электронами и высвобождающие гамма-фотоны. Формирующиеся гамма-лучи регистрируются с помощью ПЭТ-сканера, состоящего из кольца детекторов, окружающих пациента. Компьютерные алгоритмы обрабатывают данные, собранные детекторами, и показывают скопления радиофармпрепаратов в организме, совпадающие с локализацией опухолей и их метастаз.
Чаще используется комбинированная техника ПЭТ/КТ, сочетающая компьютерную и позитронно-эмиссионную томографию. Такая диагностика позволяет оценить метаболическую активность опухолей и структуру измененных тканей. ПЭТ-сканирование не ограничивается и онкологией. Например, применяется для диагностики болезни Альцгеймера, сопровождающейся образованием в тканях головного мозга амилоидных бляшек, обнаруживаемых с помощью такого метода. Технология ПЭТ/КТ развивается, поэтому в ближайшем будущем сможет использоваться для диагностики других заболеваний.
ОФЭКТ– однофотонная эмиссионная компьютерная томография. Ее одна сфера применении пептидов
ОФЭКТ – метод диагностики, схожий с ПЭТ, и, как и позитронно-эмиссионная томография, широко применяемый для обнаружения злокачественных очагов. Используемые однофотонные радиофармпрепараты на основе пептидов и радиоактивных изотопов технеция-99m и йода-123 поглощаются не только опухолями, но тканями мозга, поэтому ОФЭКТ используют для оценки состояния мозговой активности и раннего выявления деменции. Существуют препараты для ОФЭКТ на основе пептидов, позволяющие выявлять и другие болезни, например, сердечно-сосудистые патологии.
Лабораторные методы диагностики с использованием препаратов на основе пептидов
Препараты на основе пептидов активно используются в лабораторных исследованиях для диагностики инфекций и других заболеваний. Современные технологии позволяют проводить сразу несколько анализов с помощью всего одного образца тканей или жидкостей.
ИФА — иммуноферментный анализ
Иммуноферментный анализ (ИФА) — метод, позволяющий выявлять и количественно оценивать специфические антигены, антитела или белки в образцах. Применяется для выявления инфекций, выявления аутоиммунных расстройств, злокачественных опухолей и других патологий. Принцип основан на взаимодействии антител с антигенами, приводящему к изменению цвета хромогена — вещества, приобретающего яркий цвет.
Для проведения диагностики широко используются пептидные соединения. Такие реактивы позволяют выявлять различные заболевания и контролировать эффективность назначенной терапии. ИФА-технологии постоянно усовершенствуются. Недавно были разработаны новые методы определения рака молочной железы и диабета. Постоянно совершенствуются ИФА-методики выявления COVID-19, в которых используются пептиды.
Технология микрочипов с использованием зондов на пептидах
Микрочипы — еще один метод диагностики с использованием пептидов. Технология основана на использовании пептидных зондов, служащих биомаркерами. Соединения наносят на предметные стекла с покрытием из нитроцеллюлозы. Поскольку большинство искомых веществ — это пептиды или полипептиды, микрочипы эффективно их выявляют.
На микрочипы наносят сыворотку крови, клеточный экстракт или другие образцы. Молекулы исследуемой субстанции взаимодействуют с иммобилизованными на чипе зондами. Такая реакция называется гибридизацией комплементарных молекул. После инкубации и промывки с помощью лазерного сканера фиксируют флуоресцентный сигнал, поступающий от меченных молекул. Оцениваются наличие, распределение и количество определенных молекул в образце.
Основное преимущество пептидных микрочипов — возможность анализа большого количества различных биомаркеров. Методика широко применяется для выявления аутоиммунных болезней, онкозаболеваний, аллергенов и инфекций.
Биочипы очень чувствительные, точные, надежные и простые в использовании. Способность проводить несколько проверок одновременно делает их полезными в разных областях. С помощью такого метода можно не только диагностировать болезни. Микрочипы позволяют находить бактерии и вирусы в еде, косметике и окружающей среде, выявлять генетически измененные продукты.
Биосенсоры — современное исследование, проводимое с помощью пептидов
Эти устройства применяются для диагностики заболеваний, отслеживания динамики развития болезней и разработки новых лекарств.
Биосенсор состоит из нескольких компонентов:
- Целевая молекула. Например антитело, вырабатываемое организмом пациента, которое нужно найти.
- Биорецептор. Молекула, способная распознавать и связывать целевую молекулу-мишень. В качестве биорецепторов часто используют пептиды.
- Преобразователь. Преобразует энергию взаимодействия биорецептора с целевой молекулой в электрический или оптический сигнал.
- Электрическая схема. Усиливает и преобразует сигналы в цифровую форму.
- Метод отображения. Жидкокристаллический дисплей, на который выводятся результаты исследования.
По силе сигнала, поступающего от биосенсора, судят о концентрации целевых молекул.
Биосенсоры активно используются в диагностике у постели больного (POC-диагностика) в медицинском учреждении или даже на дому. POC-диагностика особенно важна в условиях, когда доступ к лабораторному оборудованию ограничен.
Существует несколько типов биосенсоров:
- Электрохимические. Результат анализа оценивают по изменению электрического тока, вызванного наличием целевых молекул. Применяются для диагностики ВИЧ, диабета и некоторых других заболеваний.
- Оптические. Используют свет для выявления изменений в свойствах образцов. Применяются для обнаружения ферментов, антител и нуклеиновых кислот.
- Пьезоэлектрические. Результат оценивают по механическим изменениям, вызванным целевой молекулой. Пример — использование кварцевых микровесов для обнаружения антител к ВИЧ.
Применение медицинских биосенсоров — диагностический метод, который только начинает развиваться. Но уже сейчас их польза несомненна, поскольку позволяет оперативно обследовать больного.
Жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС)
Мощный аналитический метод, который играет важную роль в современной диагностике. Позволяет обнаруживать и измерять уровни биомаркеров, связанных с различными заболеваниями. ЖХ-МС может быть мультиплексным – для анализа нескольких белков требуется всего один тест.
Для анализа методом ЖХ-МС у пациента берут биологический образец, который проходит через колонку, содержащую материал, специфичный для целевого пептида. В масс-спектрометре вещества ионизируются, и измеряются отношение их массы к заряду (m/z). Метод позволяет идентифицировать различные соединения в образце и определять их относительное содержание.
В образцы могут быть добавлены соединения, помеченные особыми атомами. Эти атомы не меняются, но их можно легко отличить. Сравнивая высоту пиков (линий на графике) между помеченными и обычными веществами, ученые определяют количество нужных соединений. Метод называется методом разбавления стабильных изотопов (SID) и считается лучшим способом для точного измерения концентрации нескольких веществ одновременно.
Лабораторные и диагностические методы с применением пептидов открывают новую эпоху в медицине. Они позволяют выявлять и лечить опасные заболевания даже на ранних стадиях, а значит — спасают миллионы жизней.
