Badania naukowe

Jeżeli tylko 30 proc. populacji zacznie się badać, to będzie olbrzymi sukces. 
Powstanie lobby, które oddziała na naszą służbę zdrowia, 
by ta zaczęła systemowo rozwiązywać problemy.

Anna Mirecka 

Szybkie testy to technika oznaczeń w różnych mediach, wzbudzająca coraz większe zainteresowanie wielu dziedzin, takich jak: medycyna, chemia, przemysł spożywczy, ochrona środowiska. Są proste w użyciu, tanie, łatwo dostępne i nie wymagają dużych nakładów pracy. Służą do prowadzenia oznaczeń m.in.: w wodzie, mleku, sokach owocowych, krwi, osoczu, moczu, kale, środkach dezynfekujących, ściekach. Instrumentalna analiza chemiczna substancji tam występujących jest bardzo skomplikowana i wymaga wysokiej klasy sprzętu specjalistycznego, a co za tym idzie – jest kosztowna i czasochłonna. Często remedium na te trudności są szybkie testy. Łatwość użycia, niska pracochłonność, mały koszt, dostępność, a w wypadku niektórych testów – możliwość ich wykorzystania do autokontroli pacjentów, a także szybkiej kontroli w miejscu zrzutu ścieków, powoduje rosnący wzrost zainteresowania tą techniką.

– Większość analityków twierdzi, że jeżeli czegoś nie można oznaczyć z dokładnością do kilku miejsc po przecinku, to tego oznaczenia nie ma. Bardzo często ważniejsze jest jednak stwierdzenie „jest”, „nie ma”, „sporo”, „dużo”, „niezwykle dużo” – uważa doc. dr hab. inż. Andrzej Chwojnowski, kierownik Pracowni Szybkich Testów Instytutu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN w Warszawie. W praktyce medycznej najistotniejsze staje się to, czy norma została przekroczona w górę czy w dół. I tak na przykład, normą w moczu jest kwaśność i niewystępowanie w nim erytrocytów, glukozy, ciał ketonowych. Jeżeli się znajdą, to sygnał, że coś jest nie tak. Dopiero później problemem staje się ilość tej substancji, wskazująca, czy jest to stan patologiczny. Bardzo często lekarz otrzymuje z laboratorium informację o danym parametrze nie w formie oznaczenia jego ilości w miligramach na 100 cm3, ale w umownej postaci „plus jeden”, „plus dwa”, „plus trzy”, „plus cztery”. I jest to wystarczająca dokładność, bo najistotniejszą informacją staje się to, czy dany parametr występuje, czy nie, a nie dokładne ustalenie jego zawartości. Dzieje się tak m.in. w przypadku badania krwi ukrytej w kale, czy narkotyków w moczu.

PROSTE I SKOMPLIKOWANE

Budowa szybkich testów jest niezwykle zróżnicowana. Najprostszy test to materiał nasiąkliwy, najczęściej bibuła, nasycony kompozycją odczynnikową. Najbardziej skomplikowane testy mają budowę wielowarstwową i wielosektorową, a czasami są jeszcze dodatkowo obudowane osłonami pomocniczymi. Tak znaczące różnice w budowie wynikają zarówno z mechanizmu reakcji przebiegającej na suchym teście, jak i z wymagań stawianych przez analizowane medium (np. krew, mocz, soki owocowe). Duże znaczenie mają także względy technologiczne i użytkowe.

Najprostszym typem szybkich testów są papierki wskaźnikowe pH, przeznaczone do badania wody i roztworów wodnych. Testy do pełnej krwi z odczytem optycznym mają (poza testem do oznaczania hemoglobiny) jedną wspólną cechę – zawierają warstwę separującą erytrocyty od reszty składników krwi, aby umożliwić obserwację reakcji barwnej. Tym właśnie podyktowane są wszystkie rozwiązania w konstrukcji testów. Pierwszym rozwiązaniem był test składający się z warstwy chłonnej pokrytej błoną półprzepuszczalną. Krew naniesioną na ten test należy po określonym czasie, w zależności od rozwiązania, zmyć wodą, zetrzeć suchym lub wilgotnym tamponem albo wręcz pozostawić na powierzchni testu dokonując odczytu z odwrotnej strony, poprzez przejrzysty nośnik. Jest to do dziś jedno z najpopularniejszych rozwiązań.

Zasada działania prawie wszystkich suchych testów polega na zmianie zabarwienia pod wpływem reakcji między substancją oznaczaną, zawartą w analizowanym medium, a chromogenem zawartym w materiale pola testowego. Kolor oraz intensywność barwy jest proporcjonalna do stężenia substancji oznaczanej. Zmiana zabarwienia powinna być tak wyraźna, żeby możliwy był odczyt przez porównanie ze skalą barw lub odczyt reflektometryczny. Zmiana zabarwienia może być wywołana takimi czynnikami jak: zmiana pH w przebiegu reakcji analitycznej (wskaźniki pH, oznaczanie mocznika), utlenianie chromogenu (glikoza, cholesterol), redukcja chromogenu (oznaczanie teofiliny), reakcja sprzęgania ze związkiem diazowym (oznaczanie bilirubiny, azotynów) lub sprzęganie z aldehydem (oznaczanie urobilinogenu lub aldehydu glutarowego).

Opracowanie szybkiego testu rozpoczyna się od wybrania reakcji barwnych, za pomocą których można dany parametr określić. Później następuje przeniesienie reakcji barwnych z warunków laboratoryjnych na warunki pracy w suchym teście oraz optymalizacja jego składu chemicznego. Trwający od pół roku do 3 lat etap obejmuje opracowanie postaci testu, wykonanie partii próbnej oraz badanie jego jakości, trwałości i powtarzalności. Następnie opracowuje się ostateczną wersję testu i jego projekt procesowy, na podstawie którego można później powiększyć skalę opracowywania tych testów z warunków laboratoryjnych na taką, która jest w stanie zapewnić całe zapotrzebowanie. Następnie bada się jakość testu, trwałość i powtarzalność oraz odtwarzalności receptury. Do tego celu wykorzystywani są studenci, którzy mają za zadanie wykonanie testu na podstawie przepisu. Po ustaleniu, z czego otrzymać test, jakie są źródła surowców, jak go przechowywać i odczytywać (odczyt reflektometryczny lub przez porównanie ze skalą barw) oraz opracowaniu technologii wytwarzania i uzyskaniu opinii jakościowej, rola placówki badawczej się kończy. Pozostaje znalezienie producenta, do którego należy uzyskanie zgody na rozpowszechnianie. W praktyce twórca testu bierze udział w przygotowaniu jego produkcji aż do chwili jej uruchomienia, m.in. szkoląc personel.

W CHEMII I W OCHRONIE ŚRODOWISKA

Testy na potrzeby chemii to przede wszystkim testy do oznaczeń laboratoryjnych, ale także do orientacyjnych oznaczeń przemysłowych. Są to testy do środowisk wodnych, więc ich zastosowanie rozszerza się również na ochronę środowiska – do oznaczeń ścieków i cieków wodnych. Opracowane w IBiIB PAN testy zostały przebadane na roztworach sporządzonych laboratoryjnie i roztworach rzeczywistych. Były również praktycznie wykorzystywane do licznych oznaczeń orientacyjnych. M.in. w wodach powodziowych były oznaczane jony chromu, niklu, azotynowe, azotanowe, siarczkowe, fosforanowe i amonowe. W wodach studziennych oznaczano azotany, azotyny, fosforany i jony kadmu. Badano ścieki galwanizerskie oznaczając chrom, miedź, kobalt, nikiel, cynk i siarczany. Oprócz tego przeprowadzono badania skuteczności testów m.in.: w zakładach obróbki metali, ściekach komunalnych i przywożonych beczkowozem z indywidualnych gospodarstw i przedsiębiorstw, ściekach z papierni i zakładów celulozowych oraz garbarni, ściekach z produkcji żywności.

– Istnieje cała seria do oznaczeń anionów i kationów w wodach powierzchniowych, co jest szczególnie istotne w łapaniu na gorącym uczynku zakładów przemysłowych, które wysyłają do rzek trujące ścieki. Używając szybkich testów jesteśmy w stanie zrobić analizę w ciągu 10 minut, dosłownie pod krzaczkiem. Gdybyśmy robili to w sposób tradycyjny, w laboratorium, i z wynikami przybyli do fabryki, jej przedstawiciele mogą powiedzieć, że to nie ich, a na dowód swej niewinności danego dnia puszczać do rzeki czystą wodę – mówi doc. Andrzej Chwojnowski.

KONSUMENCI I PACJENCI

Są to przede wszystkim testy do analizy soków spożywczych i mleka, w których można oznaczyć jony azotynowe, azotanowe i ogólną liczbę bakterii oraz pH. W przygotowaniu jest test do oznaczania kwasu askorbinowego, czyli witaminy C w sokach. Wymaga to opracowania błony półprzepuszczalnej do odseparowania dużych cząstek owoców. Błona taka ma na celu także umożliwienie odczytu pomimo koloru własnego matrycy. Po pewnych modyfikacjach jest możliwe opracowanie testów do analizy kationów lub anionów w mleku, sokach i innych środkach spożywczych, a także w glebie.

– O tym, jak ważna dla naszego organizmu jest witamina C, wiedzą dziś wszyscy, a szczególnie producenci soków, którzy swe wyroby reklamują jako najlepsze jej źródło. Jednak, jak wykazały badania, w części soków ilość witaminy C jest 2-3 razy większa od deklarowanej na opakowaniu albo jej w ogóle nie ma – mówi doc. Andrzej Chwojnowski. – Jako konsumenci powinniśmy jednak móc od czasu do czasu sprawdzić jej zawartość za pomocą prostego i taniego zestawu testów. Świadomość takiej możliwości spowodowałaby, że nasi producenci zaczęliby dbać o zgodność z założonymi normami, a co za tym idzie – o jakość swoich wyrobów.

Suche testy produkowane są głównie na potrzeby medycyny. Niosą one ogromne oszczędności szczególnie w przypadku analizy przesiewowej. Na zainteresowanie nimi wpływa także tendencja „lekarz bliżej pacjenta”.

– Nie zdajemy sobie sprawy, jak wiele parametrów można zbadać przy łóżku pacjenta w czasie wizyty lekarza domowego. Ma to znaczenie przede wszystkim na wsi, gdzie wysłany – np. na analizę cukru we krwi – pacjent musi odbywać długą podróż na czczo, a na dodatek otrzymany wynik nie jest do końca miarodajny, bo pobrana krew z wiejskiego ośrodka zdrowia wędruje dalej do laboratorium, a winna być w ciągu 30 min od pobrania zanalizowana albo zamrożona. Wynik jest gotowy po kilku dniach, co w efekcie oznacza podjęcie terapii dopiero po tym czasie – mówi doc. Chwojnowski.

Wśród tych testów najważniejsze to testy do analizy pełnej krwi, osocza i moczu. Testy do pełnej krwi umożliwiają wykonanie analizy przez samego pacjenta i to z niewielkiej ilości materiału badanego (kropla krwi). Wymagało to opracowania nie tylko specyficznej reakcji analitycznej, ale także półprzepuszczalnej błony zatrzymującej erytrocyty, które w innym przypadku skutecznie zamaskowałyby barwę testu, uniemożliwiając odczyt. Testy do oznaczania składników moczu obejmują ogólne badanie moczu, a także szczegółową analizę: bilirubiny, urobilinogenu, leukocytów, azotynów. Szczególnie ciekawe jest opracowanie zestawu dla diabetyków, który został wdrożony do produkcji.

KREW UKRYTA

Ostatnim osiągnięciem Pracowni Szybkich Testów IBiIB PAN jest test do oznaczania krwi ukrytej w kale. Pochodzi ona głównie z krwawień dojelitowych oraz z nieprawidłowej diety i przypadkowych zranień. Po wykluczeniu takich przypadków, obecność krwi może świadczyć o zaawansowanym procesie nowotworowym (m.in. nowotwory jelita grubego i żołądka) czy wrzodowym. Ponieważ nie prowadzi się badań przesiewowych polskiej populacji w kierunku występowania krwawień dojelitowych, diagnozowanie schorzeń przewodu pokarmowego jest zwykle zbyt późne. Dlatego jedynym racjonalnym rozwiązaniem jest szeroki przesiew oparty na autodiagnostyce. Optymalnym narzędziem do tego celu są zestawy testowe do wykrywania krwi ukrytej w kale, bo za ich pomocą każdy może samodzielnie dokonać kontroli.

– Walczymy o znalezienie producenta tego testu, ponieważ w tej chwili nie ma na polskim rynku testu przeznaczonego nie dla lekarza, a dla pacjenta. Te, które są, służą do analiz laboratoryjnych i są bardzo drogie. Pojedyncze oznaczenie – a należy wykonać trzy – kosztuje ok. 45 zł. Nasz test mógłby kosztować 10-12 zł za 3 oznaczenia – mówi doc. Andrzej Chwojnowski.

Zapotrzebowanie na te testy w Polsce sięga 10-20 mln zestawów rocznie. Mimo to masowa produkcja testów do badania krwi ukrytej w kale nie została jeszcze uruchomiona, choć kosztowałoby to ok. 200-300 tys. zł. Do tego dochodzą jednak koszty (1-1,5 mln zł) reklamy w środkach masowego przekazu i placówkach służby zdrowia.

– Jeżeli tylko 30 proc. populacji zacznie się badać, to będzie olbrzymi sukces. Powstanie lobby, które oddziała na naszą służbę zdrowia, by ta zaczęła systemowo rozwiązywać problemy. Po początkowym wzroście kosztów leczenia będą one spadać, bo jeżeli się wychwyci chorobę we wcześniejszych stadiach, to koszt leczenia jest niższy o ok. 30 proc. W przypadku nagłaśniania problemu raka piersi sprawa była istotna dla producentów mammografów. Zauważono ją, bo kilku ludzi „ze świecznika” spotkało się bezpośrednio z tą chorobą. Gdyby ktoś wielki zachorował na raka jelita grubego, zapewne niebawem znalazłyby się pieniądze na uruchomienie produkcji naszych testów – uważa doc. Chwojnowski. – Na razie próbujemy zachęcać do badania naszych studentów i ich rodziny. Rozdaliśmy też 500 testów w ośrodkach zdrowia. W kilku przypadkach udało się dzięki nim w porę wykryć chorobę nowotworową. To, że ci ludzie żyją, to dla nas wielka satysfakcja.

Zdaniem specjalistów, test na obecność krwi ukrytej w kale powinien robić minimum raz w roku każdy mężczyzna po 40. i kobieta po 50. roku życia lub wcześniej, jeżeli w rodzinie wystąpiły przypadki nowotworów przewodu pokarmowego. Po 70. roku życia badać należy się dwa razy w roku.

Na zachodzie Europy i w USA aż 50 proc. populacji regularnie poddaje się badaniom lekarskim. Towarzystwa ubezpieczeniowe bardzo chętnie finansują takie badania, w tym na obecność krwi ukrytej w kale osobom w wieku emerytalnym i z grup ryzyka. Wcześniejsze wychwycenie choroby to niższe koszty leczenia.

– Tam towarzystwa ubezpieczeniowe są jednostkami dochodowymi i bardzo dbają o oszczędność pieniędzy. Stosują prostą zasadę – jeżeli się regularnie badasz, masz niższą składkę, jeżeli nie, wyższą – twierdzi doc. Andrzej Chwojnowski.

Testów, którymi można się badać samodzielnie jest wiele. Są wśród nich testy do ogólnej analizy moczu, badania poziomu glukozy we krwi czy cholesterolu. Obecnie są do kupienia, ale w opakowaniu po 50-100 sztuk...

PRZYSZŁOŚĆ TESTÓW

Pracownia Szybkich Testów zajmuje się także zagadnieniem oczyszczania ścieków z jonów metali ciężkich z użyciem biozłoża produkującego jony siarczkowe. Stwierdzono, że metodą tą można strącać siarczki metali ciężkich ze skutecznością powyżej 99 proc., a także wytrącić jony Cr VI i to w obecności innych metali. W trakcie tych prób dokonywano oznaczeń za pomocą szybkich testów i porównywano je z metodami klasycznymi. Analiza kosztów potwierdziła zasadność stosowania suchych testów. Stwierdzono pełną przydatność założonej koncepcji w oczyszczaniu ścieków galwanicznych. Opracowano i opatentowano kaskadę bioreaktorów, wykorzystującą moduły kapilarne jako separatory biomasy pomiędzy stopniami kaskady. Proces ten jest wykorzystywany do oczyszczania ścieków zarówno komunalnych, jak i przemysłowych, a także wody pitnej.

W przyszłości najbardziej obiecującym tematem prac jest terapeutyczne monitorowanie leków (tzn. określanie ich stężenia we krwi). Monitorowanie leków w trakcie leczenia w celu ustalenia optymalnej dawki i uniknięcia stosowania dawek toksycznych i dawek niewystarczających jest coraz szerzej stosowanym sposobem dozowania leków w klinikach. W tym celu wykorzystuje się drogie metody chromatograficzne, spektroskopowe i spektrofotometryczne. Szybkie testy skróciłyby czas analizy, zmniejszyły koszty oraz uprościły procedurę tak, że możliwe byłoby wykonywanie tych oznaczeń ambulatoryjnie. W tej chwili w trakcie opracowywania jest test do analizy salbutamolu w osoczu. Jest to pierwszy test do oznaczania leku w osoczu, który być może zostanie zmodyfikowany na test do pełnej krwi. Trwają też prace nad przygotowaniem testu do wykrywania salicylanów, które przyjmowane są w postaci aspiryny czy polopiryny poza kontrolą lekarza. Bardzo często pochodne salicylanów stosuje się jako konserwanty żywności.

W IBiIB PAN opracowywane są obecnie testy do oznaczania witaminy C w sokach klarownych, zawiesinach i zawierających intensywne barwniki. Opracowany został test do oznaczania stężenia aldehydu glutarowego w roztworach dezynfekcyjnych.

Komentarze