RO126898B1

RO126898B1 - Sistem de scanare pentru analize biomedicale

Info

Publication number: RO126898B1
Application number: ROA201100111A
Authority: RO
Inventors: Staden Raluca Ioana Van; Staden Jacobus Frederick Van
Original assignee: Staden Raluca Ioana Van; Staden Jacobus Frederick Van
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2016-05-30
Also published as: WO2012108780A1; RO126898A0

Description

Invenția se referă la un sistem de scanare pentru analize biomedicale, utilizat pentru identificarea și cuantificarea unor substanțe de interes biomedical, cu rezultate imediate pentru pacienți.

Se cunosc soluții pentru diferite investigații biomedicale, cum ar fi brevetul de invenție US 6043492, pentru determinarea glicemiei, brevetul de invenție US 3278270, pentru determinarea din timp a existenței sarcinii, și brevetul de invenție US 6205354 B1, pentru determinarea imunității organismului prin măsurarea nivelului antioxidanțilordin piele, soluții care sunt minim invazive sau neinvazive.

Se mai cunosc brevetele de invenție RO 123101 Bl, în care a fost propus un senzor stocastic, pentru determinarea acidului ascorbic, bazat pe porfirine și având dimensiuni macro și un electrolit în corpul de plastic, și R0 125050 B1, în care a fost propus un mîcrosenzor stocastic pentru diagnosticarea cancerului la nivel molecular, din câteva picături de sânge, putând fi utilizat înainte sau/și după ce cancerul a fost instalat în corp.

Se cunoaște cererea de brevet RO 126158 A0, în care se propune un senzor format dintr-un electrod de lucru, un electrod de referință și un electrod auxiliar (numai pentru electrozii amperometrici și stocastici), care să poată face analiza de doi sau mai mulți analiți simultan, utilizați în diferite moduri, cum ar fi: potențio metric, amperometric, stocastic, optic, în funcție de natura substanței care va fi determinată, electrodul de lucru fiind compus dintr-o pastă de diamant simplă sau modificată cu diferiți selectori chirali, cum ar fi inuline, ftalocianine.

Se cunoaște, de asemenea, cererea de brevet a 2010 00608, în care au fost propuse o metodă și un sistem pentru detectare, identificare și evaluare cantitativă rapidă a unor biomarkeri specifici, din fluide biologice, care efectuează analize medicale prin detectarea automată a prezenței biomarkeri lor cunoscuți de către sistem , identificarea automată a elementelor particulare din semnalul electric generat de biomarker, indicând astfel cu precizie tipul biomarkerului și evaluarea cantitativă a biomarkerului în proba de fluid, generând concentrația relativă.

Se mai cunoaște și cererea de brevet WO 2010081219 A1, în care este prezentat un dispozitiv de testare pentru diagnosticare, ce conține un port pentru includerea unui cartuș de test, un element conectat cu un dispozitiv electronic, și senzori pentru detectarea datelor de testare dintr-o probă biologică sau de mediu, după reacția cu reactivi la nivelul cartușului. Dezavantajul acestui dispozitiv este că folosește un cartuș cu reactivi, pentru detecția optică sau electrochimică, determinarea substanțelor de interes biologic nu se face direct, bazat pe interacția substanțelor de interes biologic cu porii nanomaterialelor utilizate la construcția senzorilor optici și electrochimici, și identificarea semnăturii substanțelor de interes biologic.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în identificarea și cuantificarea în timp real, minim invaziv, a unor substanțe de interes biomedical în fluide și țesuturi biologice.

Sistemul de scanare pentru analize biomedicale, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că, pentru determinarea calitativă și cantitativă a substanțelor de interes biomedical în timp real, este compus: dintr-un subsistem de generare a informației analitice, compus din niște senzori electrochimici și/sau optici de lucru, niște senzori de referință și niște senzori auxiliari, care intră în contact direct cu un fluid sau țesut biologic, fără a fi folosiți reactivi; un subsistem de prelucrare și procesare a informației analitice până la obținerea de date experimentale, corespunzătoare rezultatelor unei analize biomedicale, care intră în contact cu subsistemul de generare a informației analitice, având rol de identificare a semnăturilor substanțelor de interes biologic, și cuantificarea acestora; un ecran pe care vor fi vizualizate rezultatele generate de subsistemul de prelucrare și procesare a informației analitice, imprimate sau transmise unui centru de analize sau unui medic.

RO 126898 Β1

Conform unui alt aspect al invenției, senzorii de lucru pot lucra atât în modul 1 electrochimie, cât și optic, independent sau simultan.

Conform unui alt aspect al invenției, senzorii de lucru au o parte activă, formată din 3 matrice care poate să fie tip pastă, sol-gel, plastic, metalică, solidă, și un component electroactiv sau optic activ, de natură biologică sau sintetică, ales în funcție de natura și compoziția 5 substanței biologice, de interes biomedical de analizat.

Avantajele invenției sunt următoarele: 7

- folosirea de către sistemul de scanare a mai multor tipuri de senzori înglobați într-o cupă care poate fi de unică sau multiplă folosință, și care sunt singurii senzori care pot identifica 9 în mod fiabil, indiferent de matrice, substanțele de interes biologic, și pot da automat opțiuni pentru diagnostic, pe baza substanțelor identificate și a concentrațiilor acestora, transmiterea 11 rezultatelor putând fi realizată și în sistem cloud;

- identificarea și cuantificarea substanțelor de interes biomedical la o concentrație 13 inaccesibilă metodelor standard de analiză, domeniul de utilizare fiind cuprins între fg/mL până la ng/mL; 15

- analiza rezultatelor și identificarea posibilelor diagnostice;

- diminuarea costului analizei, prin utilizarea unor sisteme de generare a informației 17 analitice de unică sau multiplă folosință;

- posibilitatea determinării in vitro a tratamentului celui mai eficient în maximum 48 h, 19 prin măsurarea continuă a substanțelor dezvoltate de celule, conform modului de funcționare descris; 21

- posibilitatea creării unor game de aparate destinate atât populației, cât și medicilor și clinicilor specializate, complexitatea informației furnizate fiind direct corelată cu natura 23 utilizatorului: pacient, laborator clinic, medic specialist.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig. 1...4, ce 25 reprezintă:

- fig. 1, vedere în perspectivă a sistemului de scanare pentru analize biomedicale, 27 conform invenției;

- fig. 2, schema bloc a sistemului de scanare pentru analize biomedicale, conform 29 invenției;

- fig. 3, vedere în perspectivă a sistemului care generează informația analitică, 31 cuprinzând sistemul de generare a informației analitice în care se pune proba de fluid biologic sau țesut, și care poate fi de unică sau multiplă folosință; 33

- fig. 4, exemplu de diagramă specifică semnalului stocastic.

Sistemul de scanare pentru analize biomedicale, conform fig. 1, se compune din: 35

- un subsistem de generare a informației analitice 1, care intră în contact direct cu fluidul sau țesutul biologic alcătuit din: senzori electrochimici și/sau optici de lucru 9, senzori de 37 referință 10 și, după caz, senzori auxiliari 11, înglobați într-o cutie de măsurare. Senzorii electrochimici și/sau optici de lucru 9 sunt de diferite dimensiuni și forme, se bazează pe nano- 39 materiale prezentând pori, care vor fi în contact direct cu fluidul biologic sau țesutul de analizat, și pot fi folosiți pentru măsurători de fluide biologice sau/și țesuturi, în funcție de analiza cerută 41 de medic sau dorită de pacient, având capacitatea de a efectua măsurarea unei singure substanțe de interes sau a mai multor substanțe de interes, cum ar fi toți neurotransmițătorii, 43 în aceeași analiză. Ei pot lucra atât în modul electrochimie, cât și optic, independent sau simultan. Acești senzori electrochimici și/sau optici de lucru 9 se compun dintr-o matrice pastă 45 de grafit modificat ehi mic, diamant dopat cu diferite elemente, diamant natural și sintetic, cu defecte controlate, grafenă ca atare sau oxid de grafenă, modificate chimic, diferite tipuri de sol- 47 gel, plastic, metalică (de exemplu, aur, platină, argint), material textil modificat chimic, materiale

RO 126898 Β1 care prezintă canale/pori controlați, având dimensiuni și forme controlate, și un component electroactiv sau optic activ de natură biologică sau sintetică, de tip nanomaterial, material nanostructurat, de tip agregat, ales în funcție de natura și compoziția substanței biologice, de interes biomedical, de analizat;

- un subsistem de prelucrare și procesare a informației analitice 7, până la obținerea de date experimentale, corespunzătoare rezultatelor analizei biomedicale, informația analitică obținută fiind sub forma unei diagrame. Subsistemul de prelucrare și procesare a informației analitice 7 este alcătuit dintr-un sistem de măsură cu detecție electrochimică și/sau optică, având capacitatea de a înregistra diagramele obținute prin metode electrochimice și optice, și dintr-un sistem de achiziție utilizat pentru stocarea diagramelor generate într-o bază de date și cloud, prelucrarea datelor prin identificarea semnăturilor substanțelor de interes biologic, și compararea valorilor identificate cu valorile existente într-o bază de date internă. Atunci când substanțele de interes biologic au fost regăsite, se va trece la măsurarea automată a unui parametru (de exemplu, timp t_on, absorbanță), introducerea valorii în curba de calibrare presetată în sistem, pentru determinarea concentrației și înscrierea, ca rezultat, în funcție de substanțele identificate și concentrațiile acestora, a unor posibile diagnostice, și stocarea datelor asociate fiecărei analize efectuate, respectiv, natura substanțelor de importanță biologică regăsite, concentrațiile lor, posibile diagnostice, care vor permite reaccesarea în orice moment; Și

- un ecran 6, pe care vor putea fi vizualizate rezultatele generate de subsistemul de prelucrare și procesare a informației analitice 7, acestea putând fi printate printr-o simplă apăsare a unui buton 3 sau/și transmise unui centru 8 de analize sau medicului, prin apăsarea unui buton 4. Apăsarea unui alt buton 5 va permite Întreruperea alimentării aparatului.

Examinarea medicală se realizează prin prelevarea de la pacient a probei biologice (sânge, salivă, lichid cerebrospinal, lichid peritoneal, urină, lacrimă) sau țesut. Apoi se introduc date referitoare la probă: nume/cod pacient, spital/clinică/iaborator, oraș/țară, dată, tipul probei scanate. Se fixează subsistemul de generare a informației analitice 1 a sistemului de scanare; această componentă poate fi de unică sau de multiplă folosință. Proba prelevată de la pacient este supusă imediat scanării simultane cu senzorii electrochimici/optici 9, de referință 10 și auxiliari 11 ai subsistemului de generare a informației analitice 1. Se înregistrează diagrama specifică semnalului stocastic, și se compară semnăturile obținute în diagramă cu cele existente în baza de date a aparatului. Se identifică substanțele de interes biologic, și se efectuează măsurători optice, amperometrice și/sau potențiometrice, pentru măsurarea concentrației acestor substanțe. Se prelucrează statistic datele regăsite, prelucrarea și procesarea făcânduse în timp real de către subsistemul de prelucrare și procesare a informației analitice 7, având ca rezultat date experimentale ce reflectă calitatea și cantitățile în care se regăsesc compușii biologici de interes biomedicaiîn fluidul sau țesutul biologic, și care constituie rezultatul analizei, eomparându-se cu baza de date în care se găsesc mai multe diagnostice. Se afișează rezultatele sub forma substanță/concentrație pentru fiecare dintre substanțele analizate și posibile diagnostice, iar acestea pot fi printate prin selectarea butonului 3 și/sau transmise prin mijloace aflate la dispoziție la locul analizei medicului sau unei baze de date specializate, prin apăsarea butonului 4.

Modul de lucru al sistemului de scanare pentru analize biomedicale este următorul; a) se cântăresc la balanța analitică 50 mg pudră de nanoparticuie de carbon; peste pudra de nanoparticuie de carbon se adaugă 10 μΙ_ ulei de parafină și se omogenizează, rezultatul fiind o pastă de nanoparticuie de carbon. La această pastă se adaugă 5 pL soluție de inulină având concentrația de 0,001 mol/L și se omogenizează, rezultând o pastă de nanopar4

RO 126898 Β1 ticul© de carbon modificată cu inulină. Această pastă se introduce în subsistemul de generare a informației analitice 1, în spațiul corespunzător senzorului electrochimie și/sau optic de lucru 9 (fig. 3). Ca senzor de referință 10 (fig. 3) se utilizează un electrod de Ag/AgCI, iar ca senzor auxiliar 11 (fig. 3) se utilizează un fir de Pt;

b) se prelevează 0,50 mL de sânge de la fiecare pacient examinat, și se pune în subsistemul de generare a informației analitice 1. Pentru fiecare pacient se înregistrează date referitoare la nume/cod pacient, spital/clinicâ/laborator, oraș/țară, dată, tipul probei scanate. Se pornește scanarea fluidului biologic pentru HER2, pentru un timp de 6 min în modul stocastic. Această măsurătoare se repetă de trei ori. După terminarea scanărilor, diagramele obținute (un exemplu este prezentatîn fig. 4) sunt transferate către subsistemul de prelucrare și procesare a informației analitice 7, unde HER2 este identificat conform valorii t_off (1,3 s) (fig. 4) și, în continuare, valoarea t_Qn (fig. 4) este măsurată și introdusă în ecuația de calibrare:

1/t_on = 0,01 + 1,7x10⁷ xConc._HER2 Pentru determinarea concentrației biomarkerului HER2 (tabel). Rezultatele obținute pentru măsurarea HER2 din sânge, utilizând metoda stocastică, sunt comparate cu rezultatele obținute utilizând imunohistoehimia pentru țesutul tumoral prelevat de ia același pacient (tabel). O foarte bună corelație între cele două rezultate s-a obținut pentru un număr de 40 de pacienți, dintre care pentru 10 dintre ei rezultatele sunt prezentate în tabelul următor.

Tabel

Prezentarea rezultatelor obținute cu sistemul de scanare a 0,5 mL de sânge, din exemplul de realizare a invenției, bazat pe utilizarea unui senzor electrochimie și/sau optic de lucru 9, construit utilizând pastă de nanoparticule de carbon modificată cu inulină, a unui senzor de referință 10Ag/AgCf și a unui senzor auxiliarii de Pt, în comparație cu rezultatele obținute prin imunohistoehimia țesutului tumoral

Proba nr.	Sistem de scanare a sângelui conform invenției, HER2, ng/mL (rezultatele reprezintă media a trei determinări)	Imunohistoehimia țesutului tumoral HER2
1	21,90±0,01	++
2	63,60±0,03	+++
3	19,90+0,02	+
4	25,00±0,03	++
5	25,70±0,03	++
6	29,80+0,02	++
7	21,80+0,03	++
8	63,50±0,05	+++
9	15,20±0,01	-
10	40,75±0,05	+++

Rezultatul care se va afișa pe ecranul 6 va fi: HER2 pozitiv (pentru pacienții 1...8 și 10), HER2 negativ (pentru pacientul 9), însoțit de valoarea concentrației găsite pentru HER2, în ng/mL, ce reprezintă media celor trei scanări efectuate. Rezultatele pot fi prințate, trimise în sistem cloud sau/și medicului și clinicii la care pacientul este arondat.

Claims

Revendicări

1. Sistem de scanare pentru analize biomedicale, caracterizat prin aceea că, pentru determinarea calitativă și cantitativă a substanțelor de interes biomedical în timp real, este compus dintr-un subsistem de generare a informației analitice (1), compus din: niște senzori electrochimici și/sau optici de lucru (9), niște senzori de referință (10) și niște senzori auxiliari (11), care intră în contact direct cu un fluid sau țesut biologic, fără a fi folosiți reactivi; un subsistem de prelucrare și procesare a informației analitice (7) până la obținerea de date experimentale, corespunzătoare rezultatelor unei analize biomedicale, ce intră în contact cu subsistemul de generare a informației analitice (1), având rol de identificare a semnăturilor substanțelor de interes biologic, și cuantificarea acestora, și un ecran (6) pe care vor fi vizualizate rezultatele generate de subsistemul de prelucrare și procesare a informației analitice (7), imprimate, sau transmise unui centru (8) de analize sau unui medic.
2. Sistem de scanare, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că senzorii de lucru (9) pot funcționa atât în modul electrochimie, cât și optic, independent sau simultan.
3. Sistem de scanare conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că senzorii de lucru (9) au o parte activă, formată din matrice care poate să fie tip pastă, soi-gel, plastic, metalică, solidă, și un component electroactiv sau optic activ, de natură biologică sau sintetică, ales în funcție de natura și compoziția substanței biologice de interes biomedical de analizat