VTT on mukana eurooppalaisessa FET-Open SensApp -hankkeessa kehittämässä superanturia, joka mahdollistaisi nykyistä kivuttomamman tavan havaita Alzheimerin taudin aiheuttamaa proteiinien kertymistä aivoihin. Alzheimerin tauti yleistyy nopeasti ja sen varhainen diagnosointi on edelleen suuri haaste. Parhaillaan Oulussa rakennetaan proteiinien havaitsemiseksi automatisoitua laitetta potilaiden plasmanäytteiden dispensointiin ja proteiinien konsentrointiin sekä proteiinipitoisuuden lukemiseen. Kehitystyö etenee testausvaiheeseen vuonna 2022.
Tällä hetkellä Alzheimerin taudin esikliininen havaitseminen edellyttää kivuliasta lannerangan punktuuria, jonka avulla voidaan havaita potilaan aivo-selkäydinnesteen epätavalliset proteiinitasot. Alzheimerin tauti, joka on yleisin dementian aiheuttaja, aiheuttaa beeta-amyloidi- ja tau-proteiinien epänormaalin kertymisen potilaan aivoihin. Niiden havaitseminen edellyttää lannerangan punktuuria, jotta voidaan seurata aivo-selkäydinnesteen proteiinitasoja. Havaitut proteiinitasot osoittavat, onko potilaalla Alzheimerin tauti, ja jos on, miten tauti aikanaan etenee.
Kivulias näytteenotto estää helpon ja tehokkaan seulontaohjelman toteuttamisen väestön keskuudessa, joten Alzheimerin tauti diagnosoidaan yleensä vasta myöhemmässä vaiheessa, jolloin se on jo alkanut aiheuttaa muistiongelmia tai muita kognitiivisten häiriöiden oireita.
Superanturi havaitsemaan proteiinien kertymisen verinäytteestä
SensApp-hankkeessa kehitetään superanturia, joka pystyisi havaitsemaan beeta-amyloidi- ja tau-proteiinit ihmisen plasmassa suoraan verinäytteestä. Tämä edellyttää, että mittauksen havaitsemisherkkyys on alle 1 pikogramma/ml, mikä ei ole tällä hetkellä mahdollista tavallisilla testimenetelmillä. Tämä herkkyys vaatii uuden havaitsemis- ja annosteluteknologiakokonaisuuden kehittämistä, jotta kyetään mittaamaan Alzheimerin tautiin liittyviä hyvin pieniä proteiinipitoisuuksia plasmasta.
Tällä hetkellä tutkimuksessa keskitytään uuden superanturi-prototyypin kehittämiseen. Prototyypin konsentrointi- ja annosteluteknologia perustuu projektia koordinoivan CNR Institute of Applied Sciences and Intelligent Systems -tutkimuslaitoksen tutkimustiimin kehittämään pisaran dispensointiin pyrosähköisen ilmiön avulla (droplet-split-and-stack method). Sähkökenttä toimii sekä dispensoinnin mahdollistavana että proteiineja konsentroivana voimana.
”Yksinkertaistettuna pinoamme sähkökentän avulla pieniä plasmapisaroita päällekkäin, jotta saamme aikaan paikallisesti voimakkaan signaalin proteiinibiomarkkerin ja vastaavien merkittyjen vasta-aineiden välisen reaktion avulla. Näin voimme havaita sellaisia proteiinimääriä, joista ei ole aiemmin saatu signaalia. Sen jälkeen tulokset analysoidaan fluoresenssiin perustuvalla laserkuvantavalla lukijalaitteella”, VTT:n projektipäällikkö Sanna Uusitalo kertoo.
”Lukijalaitteen ja annostelulaitteen kehittäminen yhdessä mahdollistaa laitteiden koordinaatistojen kytkemisen toisiinsa. Näin varmistamme hyvän kuvantamistarkkuuden ja vähennämme fluoresenssin tahatonta sammuttamista mittauksen aikana”, hän jatkaa.
Lukijalaite on kehitetty yhteistyössä VTT:n ja Vrije Universiteit Brussels Photonicsin tutkimusryhmien kanssa.
”Järjestimme vuoden 2019 syksyllä VTT:llä yhteisen mittausjakson, jossa pyrimme määrittämään tärkeimmät toleranssit ja suunnitteluparametrit. Olemme nyt luoneet automatisoidun testilaitteen fluoresenssin skannaukseen, joka rakennetaan ja testataan Oulussa. Kehitystyön aikana on ollut kiehtovaa nähdä VTT:n poikkitieteellisen osaamisen arvo, sillä se mahdollistaa hyvin haastavien kehittämishankkeiden toteuttamisen”, toteaa Uusitalo.
Uuden diagnostisen menetelmän kehittäminen edellyttää vahvaa poikkitieteellistä asiantuntemusta. Kehitystyöhön osallistuu biokemistejä, fyysikkoja, insinöörejä ja terveydenhuollon ammattilaisia. Hankkeessa hyödynnetään jokaisen kumppanin vahvuuksia ja taustaa.
”Hanke kokoaa yhteen hyvin erilaista osaamista fysiikasta ja tekniikasta aina biologiaan ja kliinisiin tieteisiin. Pyrimme rakentamaan anturiprototyypin, jonka avulla Alzheimerin taudin diagnosointi on helppoa ja nopeaa. Tämä tarjoaa kliinikoille täysin uusia näkökulmia, sillä uusien hoitomuotojen kokeita voidaan tehdä jo sairauden alkuvaiheessa ennen kuin potilaalla ilmenee tunnistettavia oireita, joissa on yleensä kyse peruuttamattomista aivovaurioista”, hankekoordinaattori Simonetta Grilli selittää.
Testausvaiheeseen vuonna 2022
Ensi vuonna hankkeessa siirrytään pilotointivaiheeseen, jossa käytetään uusia automatisoituja yksiköitä plasmanäytteiden testaamiseen beeta-amyloidi- ja tau-proteiinien havaitsemiseksi.
Hankkeen lopullisena tavoitteena on, että superanturi mahdollistaa Alzheimerin taudin nopean ja varhaisen diagnosoinnin rutiininomaisella verikokeella paikallisilla terveysasemilla.
Hanke on saanut rahoitusta EU:n tutkimuksen ja innovoinnin puiteohjelmasta ”Horisontti 2020” avustussopimuksen nro 829104 nojalla.
SensApp verkossa: www.sensapp.eu
YouTube: https://youtu.be/KjdMj-uyCvk
Lisätietoja
Teknologian tutkimuskeskus VTT
Tutkimuspäällikkö Sanna Uusitalo
[email protected]
CNR-ISASI
Dr Simonetta Grilli, tutkija ja hankekoordinaattori
[email protected]
KUVA
VTT:n integroitu prototyyppi näytteen annostelua ja konsentrointia varten. Prototyypissä kuvannetaan pisaroiden muodostumista sekä tarkkaillaan dispensoinnin laatua annostelun aikana. (Kuvalähde: VTT)
KUVA
Tau-proteiinin ja beeta-amyloidin kertyminen aivohermosolujen neurofibrillisotkuiksi on määritetty Alzheimerin taudin tilan osoittavaksi erityispiirteeksi. (Alkuperäinen infografiikka: Shutterstock)
