ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА
Данная заявка претендует на положительный эффект предварительной заявки США на патент №61/253015, поданной 19 октября 2009 г., описание которой полностью включено в данную заявку посредством отсылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ, И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Эпидемия инфекционных заболеваний, способных распространяться на больших пространствах, например на каком-либо континенте или во всем мире, очень дорого обходится обществу. Такие случаи включают пандемию гриппа, натуральной оспы, туберкулез, вирус иммунодефицита человека (HIV) и атипичную пневмонию (SARS). В 2008 г. Всемирный банк подсчитал, что пандемия гриппа может стоить 3 триллиона долларов и может привести к почти 5%-ному падению мирового внутреннего валового продукта (GDP). Другие подсчеты показали, что пандемия гриппа может вызвать экономическую рецессию в США и обойдется этой стране в ближайшее время, по меньшей мере, от 500 до 675 миллиардов долларов. В 2003 г. SARS (атипичная пневмония) подорвала туризм, торговлю и экономику в азиатском тихоокеанском регионе и обошлась почти в 40 миллиардов долларов. Пандемия SARS длилась 6 мес, в 25 странах погибли, по меньшей мере, 1000 человек из 8000 людей, которые были инфицированы. Город Торонто в Канаде был закрыт для воздушного сообщения на несколько недель и понес значительные финансовые потери.
В 2009 г. весеннее заболевание гриппом обошлось в миллионы долларов, хотя оно длилось только несколько недель. Зимняя эпидемия 2009-2010 гг. началась в конце августа и длилась до апреля 2010 г. Даже если доступны рабочие вакцины, их запасы ограничены и нельзя ожидать, что они могут остановить грипп на несколько месяцев. Экономические потери могут быть сведены к минимуму, если распространение гриппа подвергать профилактическому контролю, что позволяет осуществлять эффективное применение противовирусных препаратов и вводить карантин на ограниченных территориях.
Экономические потери вследствие «уклонения от профилактики» даже больше, чем стоимость лечения людей, заболевших гриппом. Такие потери включают уменьшение количеств перелетов, прекращение путешествий в инфицированные районы и сокращение потребления различных услуг, таких как массовые перевозки, посещение ресторанов, посещение магазинов и т.д. Согласно данным Всемирного банка, если эпидемия гриппа вызовет 2,5% смертных случаев, как в 1918-1919 гг., уклонение от профилактических мер обойдется инфицированному региону в 5 раз дороже, чем потери от летальных случаев или невыходов на работу.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существует острая необходимость в создании инфраструктуры для уменьшения распространения инфекционных заболеваний, таких как грипп, после его появления. Данное изобретение удовлетворяет эту необходимость благодаря интегрированной системе, которая обеспечивает выборочный контроль в режиме реального времени, моделирование, анализ и/или осуществление рекомендуемых мероприятий. Система может выявить активные случаи в начале эпидемии путем профилактического контроля в режиме реального времени в местах наибольшего риска, таких как школы или переполненные людьми торговые зоны и позволяет контролировать возникновение других случаев и вводить карантин для искоренения вспышки эпидемии. Эта система может предложить соответствующую реакцию для перераспределения дефицитных ресурсов и предсказать влияние уменьшения эпидемии, как в отношении снижения летальных случаев, так и в отношении экономических потерь. Кроме того, системы в соответствии с настоящим изобретением могут помочь правительствам получить точную, более надежную и своевременную информацию, которая может уменьшить уклонение от профилактики и сэкономить миллиарды долларов.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрена система моделирования развития заболевания среди населения, содержащая: компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к заболеванию и/или к населению; компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении и отдельных субъектах; и компонент компьютерного моделирования, который выполнен с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и в компоненте динамической базы данных, таким образом осуществляя моделирование заболевания среди населения. Заболевание может быть инфекционным или хроническим.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения агент, вызывающий инфекционное заболевание, или его аналит представляют собой аденовирус, Bordello pertussis, Chlamydia pneumoiea, Chlamydia trachomatis, токсин холеры, β-токсин холеры, Campylobacter jejuni, цитомегаловирус, токсин дифтерии, ядерный антиген (NA) вируса Эпштейна-Барр, ранний антиген (ЕА) вируса Эпштейна-Барр, капсидный антиген вируса (VCA) Эпштейна-Барр, Helicobacter Pylori, кор вируса гепатита В (HBV), оболочечный вирус гепатита В (HBV), поверхностный (Ay) вирус гепатита В (HBV), кор вируса гепатита С (HCV), антиген NS3 вируса гепатита С (HCV), антиген NS4 вируса гепатита С (HCV), антиген NS5 вируса гепатита С (HCV), вирус гепатита А, вирус гепатита D, антиген orf2 вируса гепатита Е (HEV) с молекулярной массой 3 кДа, антиген orf2 вируса гепатита Е (HEV) с молекулярной массой 6 кДа, антиген orf3 вируса гепатита Е (HEV) с молекулярной массой 3 кДа, антиген 1 р24 вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), антиген gp41 вируса иммунодефицита человека (HIV), антиген gp120 вируса иммунодефицита человека (HIV), вирус папилломы человека (HPV), вирус простого герпеса HSV-1/2, антиген gD вируса простого герпеса HSV-1, антиген gG вируса простого герпеса HSV-2, вирус T-клеточного лейкоза человека (HTLV)-1/2, вирус гриппа типа А, вирус гриппа A H3N2, вирус гриппа типа В, Leishmania donovani, вирус болезни Лайма, вирус свинки, вирусы М.pneumoniae, M.tuberculosis, вирус пара-гриппа типа 1, вирус пара-гриппа типа 2, вирус пара-гриппа типа 3, вирус полиомиелита, респираторный синцитиальный вирус (RSV), вирус краснухи, вирус кори, Streptolysin O, столбнячный токсин, Т.pallidum, паразит Т.cruzi, токсоплазму или вирус Varicella Zoster.
В соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения заболевание представляет собой инфекционное заболевание, вызванное микроорганизмом, микробом, вирусом, бактерией, архебактерией, простейшим, протистом, грибком или микроскопическим растением. Вирус может представлять собой вирус гриппа или вирус иммунодефицита человека ВИЧ (HIV). Бактерии могут представлять собой микобактерии, вызывающие туберкулез. Простейшее может представлять собой простейшее, вызывающее малярию.
В соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения заболевание представляет собой хроническое заболевание или состояние, в частности диабет, преддиабетическое состояние, резистентность к инсулину, метаболическое расстройство, ожирение или сердечно-сосудистое заболевание.
Компонент статической базы данных в соответствии с изобретением может содержать информацию об отдельных субъектах среди населения. Информация об отдельных субъектах среди населения может включать один или более показателей: возраст, указание расы, пол, место жительства, генетические факторы, однонуклеотидные полиморфизмы (SNPs), семейный анамнез, анамнез заболевания и терапевтический анамнез.
Компонент статической базы данных может дополнительно содержать информацию о заболевании. Информация о заболевании может включать один или более показателей: вирулентность, заразность, способ передачи заболевании, доступность лечения, доступность вакцины, коэффициент смертности, сроки выздоровления, стоимость лечения, инфекционность, скорость распространения, частоту мутаций и сведения о прошлых вспышках заболевания.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения в компоненте динамической базы данных осуществляется обновление данных в режиме реального времени. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения данные в компоненте динамической базы данных содержат указание о состоянии болезни отдельных субъектов среди населения. Указание о течении заболевания у отдельного субъекта может быть получено путем анализа биомаркера, физиологического параметра или их комбинации.
Когда заболевание, мониторинг которого осуществляют, представляет собой грипп, биомаркер/биомаркеры может/могут включать гемагглютинин и/или нейраминидазу. Гемагглютинин может быть выбран из группы, состоящей из H1, Н2, Н3, Н4, Н5, Н6, Н7, Н8, Н9, Н10, Н11, Н12, Н13, Н14, Н15 и Н16, а нейраминидаза может быть выбрана из группы, состоящей из N1, N2, N3, N4 и N5. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения гемагглютинин может представлять собой H1 и нейраминидаза может представлять собой N1. Согласно другим вариантам осуществления изобретения гемагглютинин может представлять собой Н5 и нейраминидаза может представлять собой N1.
Биомаркер, который подлежит определению согласно настоящему изобретению может быть антителом хозяина. Например, биомаркер может быть антителом IgM, антителом IgG или антителом IgA, направленным против маркера заболевания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения биомаркер представляет собой маркер воспаления. Такой маркер воспаления может быть цитокином или C-реактивным белком. Маркер воспаления также может представлять собой IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10 или TNFα.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения биомаркер определяют на основании образца жидкости организма субъекта. Примерами таких жидкостей могут быть в частности кровь, плазма, сыворотка, мокрота, моча, фекалии, семенная жидкость, слизь, лимфа, слюна или назальный смыв (лаваж).
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения физиологический параметр, измеряемый в соответствии с изобретением, включает один или более показателей, выбранных из следующего списка: вес тела, температура, пульс, кровяное давление, подвижность, степень гидратации, ЭКГ или концентрация алкоголя.
Биомаркер или физиологический параметр могут быть определены с помощью устройства, находящегося на месте наблюдения за пациентом. Это устройство на месте наблюдения за пациентом («полевое» устройство) может быть размещено в соответствии с инструкциями, выработанными компонентом компьютерного моделирования. Устройство на месте наблюдения за пациентом может осуществлять в частности один или более анализов с помощью картриджей, ПЦР в режиме реального времени, быстрое определение антигенов, анализ вирусных культур и иммунологические анализы. Устройство на месте наблюдения за пациентом может определять более одного биомаркера с точностью, более чем на 30% превышающей точность их определения стандартными методами. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система включает множество устройств на месте наблюдения за пациентом. Такие устройства могут быть расположены в одном месте или в нескольких местах: в школе, на рабочем месте, в торговом центре, в общественном центре, в религиозном учреждении, в госпитале, в поликлинике, в передвижной установке или в доме.
Устройство на месте наблюдения за пациентом может включать переносное устройство (картридж). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения картридж выполнен с возможностью помещения в него реагентов для определения биомаркеров. Определение биомаркеров проводят согласно протоколу, поступающему из компонента компьютерного моделирования. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения картридж выполнен с возможностью определения набора биомаркеров на основании нескольких образцов жидкостей организма.
Устройство на месте наблюдения за пациентом может представлять собой графический пользовательский интерфейс для ввода данных.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения устройство на месте наблюдения за пациентом выполнено с возможностью передачи данных по определению биомаркера или физиологического параметра в компонент компьютерного моделирования. Эта передача данных может быть осуществлена посредством беспроводной связи, проводной связи или посредством их комбинации. Беспроводная связь включает в частности WiFi, Bluetooth, Zigbee, сообщения, передаваемые с помощью сотовой связи, спутников и/или WWAN (беспроводной глобальной сети). Связь может быть также осуществлена по безопасной линии в Интернете. В некоторых вариантах осуществления изобретения устройство на месте наблюдения за пациентами может осуществлять передачу данных в компонент компьютерного модулирования двумя способами, выбранными из вышеуказанных.
Согласно некоторым вариантам осуществления системы в соответствии с изобретением обновление результатов моделирования происходит в режиме реального времени, когда обновленные динамические данные становятся доступными, например, после того, как компонент компьютерного моделирования получает обновленную информацию от устройства на месте наблюдения за пациентом.
Компонент компьютерного моделирования может быть выполнен с возможностью представления результатов моделирования одному или нескольким профессиональным медицинским работникам, в правительственные учреждения и отдельным людям. Компонент компьютерного моделирования может быть выполнен с возможностью прогнозирования одного или несколько планов действий на основании результатов моделирования. Ранжирование одного или несколько планов действий осуществляют на основании параметра ранжирования и включает, в частности ранжирование на основании финансовых показателей, по количеству больных, количеству лет жизни с поправкой на ее качество (QALY) и/или по отношению количества лет жизни с поправкой на ее качество к единице экономических затрат.
Один или более планов действия представляют собой стратегию контроля над распространением заболевания. Стратегия контроля над распространением заболевания может включать один или несколько семейных карантинов, индивидуальные карантины, географический карантин, социальное расстояние, госпитализацию, закрытие школ, закрытие рабочих мест, ограничение путешествий, прекращение движения общественного транспорта, терапевтическое лечение или вмешательство, профилактическое лечение или вмешательство, вакцинацию, снабжение защитной одеждой, обеспечение масками и дополнительные тесты на оборудовании на месте наблюдения за больными. Стратегия контроля над распространением заболевания может также включать одну или более консультаций по изменению поведения для отдельных лиц, рискующих заболеть или уже заболевших, повторное определение биомаркеров и/или физиологических параметров и оценку удовлетворенности пациента. Кроме того, стратегия контроля над распространением заболевания может включать одну или более рекомендаций по сортировке больных, распределению ресурсов, индекс эффективности каждого плана, величину расходов на осуществление каждого плана, повторные инвестиции на каждый план. Стратегия контроля над распространением заболевания может предусматривать один или более видов нацеленной профилактики, полную профилактику, целевую профилактику с помощью антибиотиков, полную профилактику с помощью антибиотиков, целевую профилактику с помощью противовирусных препаратов, полную профилактику с помощью противовирусных препаратов, целевую вакцинацию и полную вакцинацию. Целевая профилактика или вакцинация может быть применена для детей в возрасте между 1 и 4 годами, для детей в возрасте между 5 и 14 годами, для беременных женщин, молодых людей в возрасте между 15 и 30 годами, для медицинских работников первой линии, пациентов, для которых существует риск умереть, и для гериатрических пациентов.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения компонент компьютерного моделирования выполнен с возможностью разработки стратегии наблюдения на основании результатов моделирования. Стратегия наблюдения может включать определение статуса заболевания отдельного лица или группы лиц с помощью устройства на месте наблюдения за пациентами. Стратегия наблюдения может быть обновлена, когда выявлен больной. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения обновленная стратегия включает одно или несколько тестирований членов семьи, в которую входит заболевший пациент, тестирование в школе, где учится заболевший, тестирование на работе, где работает заболевший. Обновленная стратегия может дополнительно включать введение одного или более карантинов, профилактику или госпитализацию.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения компонент компьютерного моделирования содержит графический интерфейс для вывода на экран результатов моделирования для пользователя.
Компонент компьютерного моделирования может включать множество нелинейных распространенных дифференциальных уравнений и/или множество параметров. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения компонент компьютерного моделирования содержит обучающуюся вычислительную машину, которая обновляет множество параметров, когда происходит обновление статических данных и/или динамических данных.
Модель данных может быть выполнена с возможностью включения множества характеристик. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения множество характеристик содержит одно или более из: состояний отдельных восприимчивых лиц, выявленных ранее отдельных лиц, выявленных позже отдельных лиц, ранее инфицированных пациентов, позднее инфицированных лиц, выздоровевших отдельных лиц, отдельных лиц, которые умерли вследствие инфекции и/или связанных с ней осложнений, асимптоматических пациентов, лиц, которым назначили терапевтическое лечение, отдельных лиц, которым назначили терапевтическое лечение и которые находятся на карантине, отдельных лиц, которых лечили в целях профилактики, вакцинированных пациентов, пациентов, защищенных от заболевания путем вакцинации, отдельных лиц, инфицированных на ранней стадии и госпитализированных, отдельных лиц, инфицированных на поздней стадии и госпитализированных, отдельных восприимчивых лиц, находящихся на домашнем карантине, лиц, инфицированных на ранней стадии и находящихся на домашнем карантине, отдельных лиц, инфицированных на поздней стадии и находящихся на домашнем карантине, асимптоматических пациентов, находящихся на домашнем карантине, лиц, восприимчивых к заболеванию, находящихся на карантине, действующем в окрестном районе, лиц, инфицированных на ранней стадии и находящихся на карантине, действующем в окрестном районе, лиц инфицированных на поздней стадии и находящихся на карантине, действующем в окрестном районе, асимптоматических пациентов, находящихся на карантине, действующем в окрестном районе, количества доступных доз терапевтических агентов, количества доступных противовирусных агентов и/или антибиотиков для целевого населения, состояний отдельных лиц, находящихся на домашнем карантине, которые были вакцинированы, отдельных лиц, находящихся на домашнем карантине, которые защищены благодаря вакцинации, пациентов, находящихся на домашнем карантине и выздоровевших, восприимчивых пациентов, выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, пациентов, выявленных на ранней стадии и выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, пациентов, выявленных на поздней стадии и выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, асимптоматических пациентов, выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, пациентов, инфицированных на ранней стадии, выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, пациентов, инфицированных на поздней стадии, выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, отдельных лица, получивших профилактическое лечение и выделенных для применения политики уменьшения заболевания к исполнению, вакцинированные пациенты, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, пациентов, защищенных благодаря вакцинации, выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, выздоровевших пациентов, выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, восприимчивых пациентов, выделенных для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению, пациентов, выявленных на ранней стадии, выделенных для проведения терапевтического лечения, пациенты, выявленные на поздней стадии, выделенные для проведения терапевтического лечения, асимптоматических пациентов, выделенных для проведения терапевтического лечения, инфицированных на ранней стадии пациентов, выделенных для проведения терапевтического лечения, инфицированных на поздней стадии пациентов, выделенных для проведения терапевтического лечения, восприимчивых пациентов, выделенных для проведения наблюдения, пациентов, выявленных на ранней стадии, выделенных для проведения наблюдения, пациентов, выявленных на поздней стадии, выделенных для проведения наблюдения, асимптоматических лиц, выделенных для проведения наблюдения, инфицированные на ранней стадии лица, выделенные для наблюдения, инфицированных на поздней стадии лиц, выделенных для проведения наблюдения, лиц, прошедших профилактику, выделенных для проведения наблюдения, вакцинированных пациентов, выделенных для проведения наблюдения, пациентов, защищенных от заболевания, выделенных для проведения наблюдения, восприимчивых лиц в ближайшем окружении, выделенных для осуществления политики уменьшения заболеваемости, выявленных на ранней стадии, находящихся на карантине в ближайшем окружении лиц, выделенных для осуществления политики уменьшения заболеваемости, выявленных на поздней стадии, находящихся на карантине в ближайшем окружении лиц, выделенных для осуществления политики уменьшения заболеваемости, асимптоматических пациентов в ближайшем окружении, находящихся на карантине, выделенных для осуществления политики уменьшения заболеваемости, инфицированных на ранней стадии лиц в ближайшем окружении, находящихся на карантине, выделенных для осуществления политики уменьшения заболеваемости, инфицированных на поздней стадии лиц в ближайшем окружении, находящихся на карантине, выделенных для осуществления политики уменьшения заболеваемости, лиц, подвергшихся профилактическому лечению в ближайшем окружении, находящихся на карантине, выделенных для осуществления политики уменьшения заболеваемости, совокупного количества введенных терапевтических доз, совокупного количества введенных противовирусных агентов и/или антибиотиков, совокупного количества асимптоматических пациентов, находящихся на домашнем карантине, совокупного общего количества инфицированных лиц, не находящихся на карантине, совокупного количества инфицированных лиц, в отношении которых были предприняты некоторые действия, совокупного количества госпитализированных пациентов и совокупного количества смертных случаев.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения предусмотрена система контроля распространения гриппа среди населения, содержащая компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к заболеванию гриппом и/или к населению; компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении; и компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и в компоненте динамической базы данных, при этом осуществляют моделирование частоты возникновения заболевания гриппом среди населения.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения предусмотрена система контроля распространения вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) среди населения, содержащая: компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к заболеванию гриппом и/или к населению; компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении; и компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и компоненте динамической базы данных, при этом осуществляют моделирование частоты возникновения заболевания ВИЧ среди населения.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения предусмотрена система контроля распространения гепатита среди населения, содержащая: компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к заболеванию гриппом и/или к населению; компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении; и компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и компоненте динамической базы данных, при этом осуществляют моделирование частоты возникновения заболевания гепатитом среди населения.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения предусмотрена система контроля распространения диабета среди населения, содержащая: компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к заболеванию гриппом и/или к населению; компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении; и компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и в компоненте динамической базы данных, при этом осуществляют моделирование частоты возникновения заболевания диабетом среди населения.
ВКЛЮЧЕНИЕ ОТСЫЛОК
Все публикации, патенты и заявки на патенты, упомянутые в данном описании, включены в него посредством отсылок в той же степени, как если бы каждая отдельная публикация, каждый патент или каждая заявка на патент были конкретно и в отдельности указаны для включения посредством отсылок.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Новые признаки изобретения с характерными особенностями представлены далее в формуле изобретения. Лучшее понимание признаков и преимуществ настоящего изобретения будет получено при рассмотрении следующего ниже подробного описания, где раскрыты представленные варианты осуществления изобретения, в которых использованы принципы изобретения, а также прилагаемых чертежей, на которых:
на Фиг.1 представлено упрощенное модельное представление системы согласно изобретению.
На Фиг.2 представлено модельное представление системы согласно изобретению, учитывающее различные состояния и переходные состояния.
На Фиг.3 показаны результаты анализа антигена H1N1 с помощью сэндвичевых комплексов в четырех различных конфигурациях.
На Фиг.4А показаны результаты определения антител хозяина против вирусов. Фиг.4А иллюстрирует определение антител хозяина против вируса H1N1. Показана версия применения конфигурации α-H1/α-N1.
На Фиг.4B показаны результаты прямого анализа антител против α-H1N1 с помощью сэндвичевых комплексов.
На Фиг.5 показан вариант осуществления устройства, применяемого при осуществлении настоящего изобретения. Это устройство содержит ячейку для проведения анализа, ячейку для реагентов и другие компоненты модуля.
На Фиг.6 показаны два боковых разреза устройства, которое может быть применено при осуществлении настоящего изобретения. Такое устройство включает полости в корпусе устройства с конфигурацией, позволяющей разместить ячейку для анализа, ячейку для реагентов и наконечник для отбора образцов.
На Фиг.7А показан пример ячейки для анализа, которая включает небольшой наконечник или трубчатый элемент.
На Фиг.7B показан пример наконечника для отбора образцов.
На Фиг.8А и 8B показаны два примера ячейки для реагентов с чашевидным элементом.
На Фиг.9 показана тонкая пленка, например, загрязнений, в наконечнике, когда жидкость израсходована и другая жидкость помещена путем всасывания.
На Фиг.10 показан вариант осуществления системы, включающей описанное устройство и устройство для передачи жидкости.
На Фиг.11 показан вариант осуществления системы в соответствии с изобретением, содержащей блок нагрева для контроля температуры и детектор.
На Фиг.12 показана система, куда пациент сдает кровь в устройство, и затем это устройство вставляют в считыватель.
На Фиг.13 показана схема последовательности этапов сборки системы для оценки медицинского состояния пациента.
На Фиг.14А-14Е показан вариант осуществления способа отделения плазмы, в котором образец цельной крови всасывается в наконечник для отбора образцов, примешивается магнитный реагент и суспендируется в образце, затем накладывается магнитное поле на смесь образца цельной крови и магнитного реагента. Образец отделенной плазмы может быть затем помещен в лунку устройства.
На Фиг.15 показан вариант осуществления способа контрольного анализа, описанного в заявке, включающего применение известного количества контрольного аналита.
На Фиг.16 показан вариант осуществления интерфейса пользователя системы Health Shield ("щит здоровья").
На Фиг.17 показан другой вариант осуществления интерфейса системы Health Shield.
На Фиг.18 показано моделирование вспышки гриппа в 2009 г. в горном городке La Gloria с применением политики уменьшения заболеваемости с помощью Health Shield и без нее.
На Фиг.19 показана визуализация предсказания риска заболевания диабетом.
На Фиг.20А показано обнаружение частиц вируса H1N1 с помощью прибора на месте наблюдения за пациентом.
На Фиг.20B показано обнаружение частиц вируса H1N1 в клинических образцах на месте наблюдения за пациентом.
На Фиг.21 показано обнаружение антител хозяина с помощью прибора на месте наблюдения за пациентом.
На Фиг.22А показано обнаружение антител хозяина с помощью прибора на месте наблюдения за пациентом.
На Фиг.22B показан динамический интервал обнаружения антител хозяина на месте наблюдения за пациентом.
На Фиг.23 представлены результаты обнаружения человеческого цитокина IL-6 на месте наблюдения за пациентом.
На Фиг.24 показано обнаружение белка-С и C-реактивного белка (CRP) с помощью устройства на месте наблюдения за больным, проходящим курс химиотерапии.
На Фиг.25 представлено обнаружение глюкагон - подобного пептида 1 (GLP-1) с помощью устройства на месте наблюдения за больным.
На Фиг.26 представлено обнаружение С-пептида, инсулинового предшественника с помощью устройства на месте наблюдения за больным.
На Фиг.27 представлено обнаружение С-пептида с помощью картриджного метода, проводимого на месте наблюдения за пациентом, в сравнении с эталонной системой обнаружения (Linco).
На Фиг.28А представлены результаты измерения содержания GLP-1 после еды у трех человек.
На Фиг.28B показано содержание С-пептида в течение того же самого опыта.
На Фиг.29 показана коррелирующая кривая для сопоставления блока для анализа и блока для реагентов при проведении определения VEGFR2.
На Фиг.30 показана зависимость концентрации CRP от интенсивности сигнала (импульсы фотонов) и данные согласованы с 5-членной полиномиальной функцией для получения калибрующей функции.
На Фиг.31 показано, что было достигнуто согласование между моделью и величинами параметров Smax, C0.5 и D, как описано в данной заявке.
На Фиг.32 представлены данные в соответствии с разведением, использованным для получения конечной концентрации в наконечнике при проведении определения.
На Фиг.33 показана зависимость нормализованного ответа (В/Bmax) от log нормализованной концентрации (С/С0.5) при разведении 1:1 (сплошная линия), 5:1 (пунктирная линия) и 25:1 (линия из точек).
На Фиг.34 и 35 представлена зависимость, показанная на Фиг.33, при различных нормализованных концентрациях.
На Фиг.36А показан резкий рост уровня IL-6 у больных с сепсисом. На Фиг.36B показано снижение содержания белка С у больных с сепсисом.
На Фиг.37 показано увеличение уровня IL-6 и TNF-α (правый график) у пациента по мере роста нагрузки вируса гриппа H1N1 у пациента (левый график).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрена интегрированная система сбора информации о состоянии здоровья, анализа этих данных и разработки уменьшения последствий пандемии, называемую в данной заявке Health Shield (HS). HS может быть использована в случае инфекции, вызванной вирусом гриппа и другими патогенными агентами, склонными к эндемическому и пандемическому распространению. Вспышки гриппа обходятся в миллиарды долларов и в настоящее время не могут быть полностью остановлены путем вакцинации. Экономические потери могут быть сведены к минимуму, если грипп может быть подавлен с помощью предупредительного скрининга, который позволяет применять эффективные противовирусные агенты и целевые ограниченные карантины. Основанная на эпидемических моделях активация HS согласно изобретению может уменьшить распространение вируса, по меньшей мере, на 50% с помощью профилактического отбора образцов и остановки эпидемии. HS может также снизить уклонение от лечения, не являющегося необходимым, путем отслеживания распространения вируса в режиме реального времени. В случае необходимости результаты тестов по беспроводной связи могут быть переданы на сервер с программным обеспечением HS. Соответственно, уполномоченные органы (например, местные, региональные и правительства стран) могут получать уведомления об опасности, когда выявляется эпидемическое событие, что позволяет осуществлять предупредительное управление возможной вспышкой заболевания.
Согласно другим вариантам осуществления изобретения инфраструктура Health Shield обеспечивает создание промышленных и торговых "зон безопасности", которые позволяют продолжать экономически важную деятельность. В результате вирусом будет инфицировано меньшее количество людей, и школы, и деловые организации будут осуществлять свою деятельность. Планы снижения риска пандемии будут предусматривать экономический рост производительности и способствовать предотвращению паники среди населения.
Указанная система может содержать интегрированный комплекс отбора образцов и технологии моделирования, встроенный в информационную инфраструктуру в режиме реального времени. Возможность отбирать образцы, моделировать и получать данные позволяет создать оптимальный план наблюдения и управления заболеванием как среди отдельных лиц, так и в популяции. Для различных заболеваний и терапевтических областей могут быть созданы клиентские приложения. Инфраструктура HS может быть также применена для защиты региона от широкого спектра угроз кроме инфекционных заболеваний, включая хронические заболевания и угрозу биотерроризма.
I. Инфраструктура Health Shield
Health Shield предусматривает систему для сдерживания распространения инфекционных заболеваний с помощью интегрированного, автоматизированного забора образцов в режиме реального времени, моделирования, анализа и рекомендуемого вмешательства. Например, HS может выявлять активные случаи при вспышке заболевания (путем предупредительного выборочного обследования в местах высокого риска, таких как школы или торговые зоны, переполненные людьми) и руководить выборочным обследованием и защитными мерами, например, введением карантина, для смягчения последствий риска или подавления вспышки заболевания. Алгоритмы HS характеризуют распространение эпидемии подобно устранению распространения лесного пожара, когда планы смягчения последствий риска с помощью THS- моделей направлены на устранение "горячих точек" прежде, чем возникнет и распространится "пожар" и/или могут создавать "противопожарные полосы" вокруг "горячей точки" заболевания.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система HS включает два технологических компонента - систему сбора данных на месте Field System (FS) и операционную систему (OS), которые могут быть адаптированы для управления хроническими заболеваниями для улучшения состояния здоровья и уменьшения расходов на здравоохранение.
(а) Система сбора данных на месте наблюдения Field System (FS) Компоненты системы сбора данных на месте наблюдения Field System в HS могут быть размещены в различных точках наблюдения, включая в частности клинику, общественное учреждение (например, школу, общественный центр), госпиталь, кабинет врача или дом отдельного лица. FS может также использовать ряд инструментальных комплексов для мониторинга заболевания, например, проведения иммуноанализов, анализов с помощью PCR, PCR в режиме реального времени, микропланшетов для микроорганизмов и т.д. FS также включает стандартное медицинское оборудование, например, весы для определения веса, приборы для измерения кровяного давления, термометры для измерения температуры, приспособления для измерения роста и т.д. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения устройства FS включают портативные, созданные пользователем картриджи для однократного применения, описанные в данной заявке. FS собирает релевантные данные на месте и передает их в OS.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения FS включает прибор для измерения, размещаемый в области, которая подвергается мониторингу. Согласно некоторым вариантам осуществления изобртения FS анализирует образцы жидкостей из организма, например, крови из пальца, в режиме реального времени. Система анализирует жидкости из организма для доказательства наличия инфекции или заболевания путем обнаружения, например, маркеров патогена, нуклеиновых кислот, белков, гликопротеинов, липидов или их комбинации, как показателей состояния заболевания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения FS одновременно определяет множество маркеров, включая один или несколько выбранных антигенов патогена, антител против патогена, внутриклеточных белков или белков на поверхности клетки или гликопротеинов и цитокинов, показывающих реакцию инфицированного субъекта на данный патоген (например, штамм вируса или другой микроорганизм). Система может также собирать информацию об окружающей среде, демографической ситуации, личные данные и физиологические параметры (например, температуру, кровяное давление). Согласно некоторьм вариантам осуществления изобретения сбор такой информации осуществляют с помощью графического интерфейса с применением сенсорного дисплея. Анализ данных для отдельных лиц может быть осуществлен с помощью удаленной системы для облегчения осуществления плана смягчения последствий в режиме реального времени.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения FS содержит картриджы для проведения анализа жидкостей из организма. Приборы включают в частности устройства для определения незначительного риска, результаты анализов могут быть проверены согласно соответствующим инструкциям, например, разработанным в U.S. Federal Drug Administration (FDA) и/или International Conference on Harmonization (ICH). Картриджы, применяемые в соответствии с изобретением описаны в заявке США на патент №11/389409, озаглавленной "POINT-OF-CARE-FLUIDIC SYSTEMS AND USES THEREOF", в заявке США на патент №11/746535, озаглавленной "REAL-TIME DETECTION OF INFLUENZA VIRUS" и в заявке США на патент №12/244723 под названием "MODULAR POINT-OF-CARE DEVICES, SYSTEMS, AND USES THEREOF" и описаны подробно ниже. Системы измерения могут быть независимыми, и для их работы требуется небольшое количество материалов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения единственным условием для работы FS являются наличие источника тока для приборов. Согласно другим вариантам осуществления изобретения источник тока в FS может быть выполнен в виде батареи, генератора, солнечной батареи или другого переносного источника энергии. Картриджи могут быть предварительно подготовлены к проведению анализов и требуют небольшой подготовки или вообще ее не требуют перед использованием. Например, некоторые или все компоненты для анализа могут храниться в холодильнике (например, при температуре около 4°С).
Платоформа FS может осуществлять любой нужный анализ, который в настоящее время проводится в обычных лабораториях. Могут быть проведены и новые анализы с достоверными результатами. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения анализы, совершенно новые для системы HS, могут быть адаптированы к требованиям пользователя и выверены в течение промежутка времени, составляющего менее примерно трех месяцев, двух месяцев, одного месяца, 3 нед, 2 нед или менее примерно 1 нед. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения анализы, проводимые в системе HS, выверяются согласно инструкциям FDA ICH.
Системы FS могут быть размещены в любом желательном месте наблюдения, например, там, где подозревают или где известно существование риска возникновения инфекции или заболевания. Диагностика в месте наблюдения за пациентом (РОСТ) определяется системой экспресс-диагностики. Примеры мест наблюдения за пациентом включают в частности дом, клинику, школы или торговые центры. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения FS размещены в передвижных установках. Таким образом, для тестирования не является необходимым участие эксперта-медика. Для проведения тестирования FS должна быть простой в использовании и применять простой интерфейс пользователя с сенсорным дисплеем. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения системы предназначены для лиц, не владеющих компьютерами, для тестирования в домашних условиях. В этом случае данные могут быть направлены в удаленную систему, например, в Операционную систему, которая описана ниже, где сотрудники, осуществляющие мониторинг результатов анализов, могут узнать о положительных результатах тестирования. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения тестирование и ввод данных/анализ проводятся в режиме реального времени с тем, чтобы можно было принять незамедлительные меры к остановке эпидемии.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения системы размещены в общественных местах. Если это желательно, обычные специалисты в области здравоохранения могут быть обучены проводить тестирование. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения системы выполнены таким образом, что общее время обучения в данном месте сведено к минимуму. Например, существующее в настоящее время положение показывает, что обучение на месте потребует не более получаса, хотя может быть проведено и дополнительное и углубленное обучение.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения обученные люди в свою очередь могут обучать других людей. FS может быть успешно применена дома пациентами, не имеющими медицинского образования, так как тестирование полностью автоматизировано, при этом использован графический сенсорный дисплей на приборе неавторизованного пользователя. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения от пользователя требуются только следующие действия: 1) поместить образец, например, мокроту или кровь из пальца, в картридж, причем отбор крови может быть осуществлен самими пользователями с помощью одноразовой иглы-скарификатора, используемой для мониторинга крови при диабете; и 2) вставить картридж в прибор, как описано более подробно ниже.
Неограничивающие примеры картриджей для применения в FS в соответствии с изобретением описаны в заявке США на патент №11/389409, озаглавленной "POINT-OF-CARE-FLUIDIC SYSTEMS AND USES THEREOF", в заявке США на патент №11/746535, озаглавленной "REAL-TIME DETECTION OF INFLUENZA VIRUS" и в заявке США на патент №12/244723 под названием "MODULAR POINT-OF-CARE DEVICES, SYSTEMS, AND USES THEREOF" и описаны подробно ниже.
(б) Операционная система (OS)
Данные, получаемые с помощью каждого прибора FS, могут быть без риска переданы в Операционную систему в режиме реального времени по сети, например, по широкополосной связи, беспроводной связи, с помощью спутника или по сотовой связи. Специалисту известно, что сообщения, передаваемые по сети, часто проходят множество транзитных участков, например, прибор FS может устанавливать соединение с беспроводной локальной сетью (WLAN), которая без риска соединена с Всемирной паутиной при помощи широкополосной связи.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения Операционная система включает один или более серверов, известных из уровня техники и коммерчески доступных. Такие серверы могут обеспечить распределение нагрузки, управление задачами и емкостью резервной памяти в случае неисправности одного или нескольких серверов или других компонентов системы для улучшения доступности OS. Сервер может быть также включен в разветвленную сеть блоков памяти и процессоров, известных из уровня техники, при этом обработку информации осуществляют на рабочих станциях, таких как компьютеры. Сервер OS может включать базу данных и системный процессор. База данных может быть расположена в этом сервере или в другой системе серверов, которая доступна для данного сервера. Так как информация в базе данных может содержать важные сведения, может присутствовать система безопасности, предохраняющая от получения доступа к базе данных неавторизованного пользователя.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения Операционная система включает подсистему обработки данных, которая осуществляет импорт входящих данных из нужного источника для выбора направления разработки план смягчения последствий эпидемии или пандемии. Операционная система может переводить данные, полученные из этого источника, в стандартный формат для анализа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения указанная подсистема является самообучающейся и динамически моделирует множество интегрированных данных в режиме реального времени. Этот подход к моделированию обеспечивает несколько преимуществ. Например, модели могут осуществлять разнообразные расчеты, включая в частности: 1) прогнозирование результатов для отдельных лиц и популяции людей; 2) рассмотрение эффективности предложенных мер для отдельных лиц и популяции; и 3) количественное определение социоэкономического эффекта от осуществления рекомендуемых мер. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения операционная система является доступной для удаленных пользователей через удаленный интерфейс. Например, пользователи имеют доступ к операционной системе через безопасный on-line портал и т.п.
Программный портал операционной системы включает автоматическое моделирование в системе, которая постоянно обучается в каждой точке ввода данных, передаваемых в портал компьютерных программ. При этом система становится все более прогнозирующей со временем. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения для моделирования применяют методы Монте-Карло. Методы Монте-Карло основаны на повторяющемся случайном выборочном обследовании для получения результатов. Моделирование по Монте-Карло рассматривает случайную выборку функций распределения вероятностей в качестве модели для получения сотен или тысяч возможных результатов вместо нескольких дискретных сценариев. Результаты дают возможность получения различных подходов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения решение и исправление/уточнение наборов параметров модели достигается путем применения поиска в обратном направлении и методов подсчета интегрированных параметров. См., например, Sheela, 1979 - COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING 19 (1979) 99-106; Moles, et al. 2003 - Genome Res. 2003 13:2467-2474; Rodriguez-Femandez, et al. BMC Bioinformatics 2006, 7:483-500; Barthelmann, et al. 2000 - Advances in Computational Mathematics 12: 273-288.
Известно большое количество литературы по моделированию и обработке эпидемиологических данных. Модель МакКендрика (McKendrick) основана на стохастическом процессе (процессе рождения), который генерирует ряд дифференциальных уравнений, которые могут быть параметризованы, рассмотрены и, возможно, оптимизированы с учетом контроля и распространения заболевания. Достаточно эффективный анализ этого процесса описан Chiang, C.L. 1978. An Introduction to Stochastic Processes and Their Applications. Robert E. Kreiger Publishing Co, Inc. Huntington, NY. p 517. Как только процесс установлен в стохастическом пространстве и параметризован соответствующим образом, могут быть получены выражения в явном виде для моментов популяции и/или для вероятности исчезновения. Если процесс является эффективным, эти выражения могут быть смоделированы и определены или в аналитическом виде, или в цифровом виде.
Если популяции достаточно велики и стохастическое изменение мало по сравнению с размерами всей популяции и системной динамикой, может быть смоделировано распространение заболевания и рост числа больных с помощью систем дифференциальных уравнений. Например, простая модель SIR (восприимчивые к заболеванию, инфицированные, переболевшие) в случае SARS (атипичной пневмонии) была изучена Choi and Pak, J Epidemiol Community Health. 2003 Oct; 57(10):831-5. Более сложные модели, учитывающие инкубацию, модель SEIR, были изучены d’Onofrio, Mathematical Biosciences 179 (2002) 57-72, особенно в отношении оптимизации планов вакцинации. В случае гриппа Stilianakis, et al., J Infect Dis. 1998 Apr; 177(4):863-73, рассмотрели, в частности, аспекты резистентности к лекарствам при росте и развитии заболевания. Другие аспекты моделирования заболеваний включают кинетику распространения и диффузии (FitzGibbon, et al., MATHEMATICAL BIOSCIENCES 128:131-155 (1995)), математическую и цифровую стабильность (Dwyer, et al., The American Naturalist, 150(6):685-707; Inaba, J. Math. Biol. (1990) 28:411-434).
Моделирование является ценным инструментом при рассмотрении этих комплексных систем. Существуют многие модели, которые предоставляют решение проблем моделирования. См., например, Longini, et al., 1984, Int J. Epidemiology. 13:496-501; O’Neill, 2002. A Tutorial Introduction to Bayesian Inference for Stochastic Models Using Markov Chain Monte Carlo Methods. Math Biosci. 180:103-114; Gibson, G.J. 1997. Investigating mechanisms of Spatiotemporal Epidemic Spread Using Stochastic Models. Am Phytopathological Society. 87:139-146. В частности, моделирование гриппа описано Timpka, et al. (2005) AMIA 2005 Symposium Proceedings. 729-733. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модель распространения и роста эпидемии и обязательный скрининг и план сдерживания распространения заболевания входят в модель экономики здравоохранения с учетом эффективности расходов. См., например, Brandeau, et al. Journal of Health Economics 22 (2003) 575-598.
Упрощенная модель системы в соответствии с изобретением представлена на Фиг.1. Эта модель может иметь выполнена с возможностью описать распространение заболевания, наблюдение за больными и сдерживание распространения заболевания вместе с расчетом эффективности расходов для управления борьбой с эпидемией/пандемией. Вкратце, население в группе риска подразделено в соответствии с различными состояниями или стадиями (представлены окружностями на Фиг.1) с потоками компонентов между каждым состоянием, модифицированных разнообразными изменянемыми параметрами, включающими в частности скорость распространения инфекции, средства и глубину детализации механизма наблюдения и рассматриваемый план действий. Для помощи в выработке решений при помощи модели могут быть рассчитаны наличные и общественные расходы, например, для QALYs ("показатель продолжительности жизни, соотнесенный с ее качеством") и посланы лицу, принимающему план решений.
Модель, представленная на Фиг.1, включает систему детерминированных нелинейных распространенных дифференциальных уравнений. Каждый узел (или состояние) отражает группу лиц, имеющих сходные характеристики фенотипа и заболевания, такие как степень инфективности. Различные состояния могут также представлять отдельных лиц в разных местах, таких как школы, рабочие места, госпиталь, лиц на единичном или семейном карантине. Множество возрастных групп, например, в возрасте 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 лет или более, представлены модульной структурой, поэтому возможна детализация характеристик, свойственных определенному возрасту. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модель принимает возраст во внимание непрерывно в отличие от случая с отдельными группами. Стрелки, соединяющие узлы на Фиг.1, показывают переход из одного состояния в другое. Как описано в настоящем описании, параметры модели поступают из различных источников, например, из литературных сообщений, патентов, сведений о предыдущих вспышках заболевания и могут быть рассчитаны в случае необходимости. Модель охватывает целый ряд возможностей на основе количественных неопределенностей. По мере получения предсказаний с помощью модели можно непрерывно регулировать параметры в режиме реального времени в соответствии с действительными результатами, полученными на месте. Например, может быть произведена переоценка и корректировка эффективности различных планов смягчения последствий заболевания в случае применения реальных мировых результатов к конкретным популяциям, заболевшим в данное время.
Специалистам в данной области ясно, что модель, представленная на Фиг.1, может быть расширена для учета любого количества релевантных состояний и параметров. На Фиг.2 представлена расширенная модель. Каждый кружок представляет собой класс лиц, и каждая стрелка обозначает переход из одного состояния в другое. Переход из одного состояния в другое может учитывать изменения по естественным причинам или в результате вмешательства, например, терапевтического лечения. Модель может также учитывать переходы, которые не включают состояние заболевания, например, изменение социального взаимодействия с различными группами. Например, лицо, находящееся на карантине, может перейти от общения с обществом к общению с ограниченным числом лиц, например, его контакты будут ограничены общением с работниками сферы здравоохранения или другими лицами, ухаживающими за ним. Параметры модели в начале эпидемии могут быть получены на основе данных о ближайшей более ранней вспышке заболевания с учетом ближайшей демографической ситуации и места проживания (например, в городе, в сельском районе). Может происходить непрерывное уточнение модели с применением данных, собранных во время эпидемии в настоящее время, для улучшения этой модели.
В верхней части Фиг.2 переход слева направо выделен рядом обозначений Pi, Si, E1i, E2i, I1i, I2i, Ri, и Di. Эти состояния представляют собой модель распространения заболевания, включающую состояния лиц, получивших профилактическое лечение, например, противовирусными агентами (Pi), лиц, восприимчивых к заболеванию (Si), лиц в ранней стадии инкубации (EIi), лиц в поздней стадии инкубации (E2i), симптоматических пациентов, инфицированных на ранней стадии (I1i), симптоматических пациентов, инфицированных на поздней стадии (I2i), переболевших - и тем самым потенциально невосприимчивых - лиц (Ri) и больных (Di). Пациент может перейти из состояния E2i в состояние Ai, которое отражает субпопуляцию асимптоматических (бессимптомных) больных в обществе в ближайшем окружении. Пациент может также перейти в состояние Vi, которое отражает вакцинированных пациентов. Из вакцинированного состояния пациент может перейти или в состояние иммунореактивности, Ci, или в состояние пациентов, выведенных из строя, и в состояние инкубации. EIi. Принимая во внимание любое число лиц, i, модель может собирать данные о распространении эпидемии. Критерии задержки, E2i и I2i, характеризуют распространение заболевания, зависящее от времени. Сегмент над моделью распространения заболевания отражает влияние плана лечения и его действие на благосостояние популяции и распространение заболевания, в то время как сегмент ниже модели распространения заболевания отражает план введения карантина для ослабления заболевания. Модель интегрирует активный, определенный пользователем план наблюдения и определенный пользователем план смягчения последствий заболевания с матрицей эффективности расходов, помогающей выработать решение. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модель вычисляет недостаточно оптимальный план смягчения последствий заболевания. Например, даже когда устанавливают «горячую точку» распространяющейся заболевания, могут быть логические задержки в получении терапевтических агентов и при введении карантина. Эти задержки могут привести к дальнейшему распространению эпидемии без ее смягчения. Модель может учитывать такие недостаточно оптимальные планы.
Уравнения модели образуют систему обыкновенных дифференциальных уравнений (ODEs) с соответствующим образом параметризованными коэффициентами потоков, показанных стрелками на Фиг.2. Основная форма модели определена вектором ODE:
dX/dt=f(X,t),
где X обозначает вектор с определенной размерностью и функция f(X,t) представлена матрицей параметров смешения и функциональных взаимодействий, как показано на Фиг.2. В модели на Фиг.2 присутствуют более 80 главных измерений для вектора с определенной размерностью. Специалисту в данной области ясно, что формат и компоненты матрицы для функции f получены на основании Фиг.2 и приведенного здесь объяснения.
Уравнение, представленное выше, дублируется для каждой из возрастных групп, как описано в настоящем описании. Рассмотрим пример с семью возрастными группами. В примере многокомпонентная модель из семи наборов групп может быть затем обобщена для вычисления более широкого распространения заболевания в данном более широком географическом районе. Например, путем параметризации матриц смешения и таблиц источник/стоимость могут быть рассчитаны межрегиональные передвижения и наблюдения и политика смягчения последствий заболевания по всей стране.
Различные состояния, смоделированные операционной системой и представленные на Фиг.1 и 2, приведены в Таблице 1.
Модель в соответствии с изобретением может быть выполнена с возможностью учета многих характеристик отдельных лиц, групп населения и заболевания, мониторинг которых осуществляется. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения сила инфекции также учитывается в модели. Сила инфекции, называемая также скоростью передачи, относится к скорости, с которой уже инфицированные отдельные лица передают заболевание восприимчивым к нему людям. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения каждому инфицированному лицу присваиваются два показателя: возрастная группа j, учитывающая возраст этого лица и группа «смешения» (общения) k, учитывающая характер общения этого лица с другими лицами в обществе. Характер общения включает в частности свободное общение с другими людьми, например, в школе или на работе, ограниченное общение, когда человек не приходит на работу из-за заболевания и т.д. Сила инфекции в возрастной группе I, распространяемой всеми возрастными группами j, может быть рассчитана по уравнению:
где
β обозначает скорость передачи заболевания (в день / инфицированное лицо / восприимчивое лицо),
θ обозначает параметр, определяющий случайность общения между различными возрастными группами: если θ=1, взаимодействие людей является очень активным, если θ=0, общение является совершенно случайным,
ρi обозначает относительную восприимчивость отдельных лиц в возрастной группе I,
ϕj обозначает относительную инфективность (зараженность) инфицированных лиц в возрастной группе j,
Nt общее количество лиц во всех возрастных группах.
В уравнении, описывающем силу инфекции веса взаимодействия людей 
1. времени, которое отдельное лицо возрастной группы i провело в обществе лиц возрастной группы j и группы «смешения» k в различных местах, таких как работа, школа, дом и т.д.;
2. количества лиц возрастной группы j и группы «смешения» k, которые находятся в контакте, потенциально вызывающем передачу заболевания, с лицом возрастной группы i.
Из вышеуказанных параметров параметры ρj, ϕj, 
Модель операционной системы может включать ряд планов по осуществлению политики смягчения последствий заболевания, которые определяют решение о выборе политики при вспышке заболевания. Эта политика может быть смоделировано в каждом конкретном случае, например, с учетом географического положения и вида заболевания или инфекционного агента для наилучшего использования имеющихся ресурсов. Каждая стратегия будет выбрана при наличии реалистичного отношения эффективность/соблюдение мер, которое может быть определено на основе исторических сведений. Модель может предсказать результаты внедрения различных планов, тем самым обеспечивая соответствующих лиц ответом. Примеры, не ограничивающие планы мероприятий, перечислены в Таблице 2.
В дополнение к принимаемым мерам модель операционной системы может учитывать результаты, полученные на месте при осуществлении наблюдения с помощью различных методов. Они включают применение систем картриджей, описанных в настоящем описании, быстрое определение антигенов, методы иммунофлуоресценции, иммуноанализы, полимеразная цепная реакция в режиме реального времени, определение вирусных культур, физиологические меры, анализ мочи и крови и т.д. Модель включает учет чувствительности и специфичности каждого теста образцов, взятых как у асимптоматических больных, так и у симптоматических. Кроме того, в модель может быть включен параметр времени смены различных тестов.
В зависимости от каждой конкретной системы в модель могут быть включены различные виды стратегии наблюдения. Согласно одному варианту осуществления изобретения наблюдение включает тестирование отдельных лиц, добровольно согласившихся на тестирование. Наблюдение может быть также проведено для групп населения, включающих в частности следующие группы:
- Дети в возрасте 1-4 лет,
- Дети в возрасте 5-14 лет,
- Беременные женщины,
- Молодые люди в возрасте 15-30 лет,
- Медицинские работники первой линии,
- Отдельные лица, принадлежащие к группе с высоким риском смерти,
- Гериатрические пациенты,
- Лица среднего возраста (30-60 лет).
Каждая из этих групп населения может быть подвергнута тестированию с помощью любого известного метода или их комбинации. В модели принимаются также во внимание различные соотношения асимптоматических и симптоматических пациентов, согласившихся добровольно на тестирование.
Согласно другому варианту осуществления изобретения наблюдение включает тестирование, основанное на осуществлении любого плана наблюдения, намеченного конечным пользователем. Перечень мер по наблюдению, предусмотренных моделью, включает в частности следующие меры:
- Домашнее наблюдение: тестирование всех проживающих на основе показателя подтвержденных случаев,
- Наблюдение в школах: тестирование учеников на основе показателя подтвержденных случаев,
- Наблюдение на рабочих местах: тестирование работников на основе показателя подтвержденных случаев.
В случае подтвержденных случаев, выявленных в результате тестов, могут быть приняты соответствующие меры по введению карантина, профилактике или госпитализации.
В некоторых вариантах осуществления изобретения HS предусматривает проведение автоматического анализа при помощи методов выбора, параметризации и/или изучения подходящей эпидемической модели для осуществления оптимального скрининга и плана сдерживания распространения заболевания. Модель может быть модифицирована в соответствии с эффективностью экономики здравоохранения. В некоторых вариантах осуществления изобретения модель выполнена с возможностью предсказывать распространение инфекционного патогенна среди гетерогенного населения. Такие модели могут учитывать демографию в регионе и индивидуальные факторы риска. Как описано более подробно ниже, согласно одному из вариантов осуществления изобретения модель обеспечивает оценку плана мероприятий по смягчению последствий заболевания, включая в частности: а) план наблюдения/тестирования; б) госпитализацию, домашнюю изоляцию и введение карантина; в) профилактическую вакцинацию и способы лечения, например, терапию с помощью противовирусных препаратов; и г) введение социального расстояния, например, закрытие школ и учреждений.
В дополнение к динамике вспышки инфекции модель может обеспечить проведение оценки расходов, а также оценки критерия соотношения количества лет продленной жизни к ее качеству (QALY) с учетом сравнения альтернативных планов смягчения последствий заболевания. Модель может быть выполнена с возможностью учета неэкономических затрат. Модель может быть выполнена с возможностью регулирования расходов, связанных с различными ошибками; финансовыми затратами, временными расходами или другими факторами, для того, чтобы свести к минимуму стоимость последствий ошибок, сделанных моделью. Например, модель может определить высокую стоимость неправильной постановки диагноза у инфицированного субъекта и предусмотреть отмену плана мероприятий по смягчению последствий заболевания. Затем модель может осуществлять регулирование системы, чтобы избежать таких ошибок. Подобным образом, неправильный диагноз хронического состояния может привести к меньшим расходам, так как можно снова провести тестирование этого пациента до того, как заболевание разовьется до серьезных стадий. В случае эпидемии прогнозы могут относиться не только к отдельным лицам, но и к группам людей в различных регионах. Основанная на большой базе демографических данных, аналитическая система HS может прогнозировать степень риска и величину расходов, оптимизированные как для вида лечения, так и для проведения анализов. Например, могут быть выбраны районы с меньшей степенью риска по сравнению с областями с большей степенью риска.
Операционная система включает встроенные макрокоманды, которые срабатывают при выявлении каких-либо событий. Например, правительственным чиновникам могут быть посланы предупреждения о выявлении инфицированного субъекта. Могут быть установлены правила об автоматическом уведомлении врача по телефону, посредством электронной почты или посылки факса при выявлении случая заболевания. Уведомляются также выявленное лицо и контактные лица, например, члены семьи, сотрудники или кто-либо, кто контактировал с этим лицом в прошедшие несколько дней, недель, месяцев или лет. Правила, которые запускают макрокоманду, могут быть кастомизированы (разработаны с учетом потребностей пользователя) до внедрения или во время мониторинга в зависимости от ситуации.
Модели операционной системы осуществляют также проверку исправности и посторонних значений среди данных, полученных из FS. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения при выявлении посторонних значений анализ показателей субъекта повторяют.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модели операционной системы могут прогнозировать результаты для отдельных лиц и для групп населения. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модели сопоставляют прогнозы - такие как реакцию на инфекцию, оптимальный режим лечения для отдельного лица или группы людей и ожидаемое распространение вируса с имеющимися историческими данными, например, данными, полученными в сезон весеннего гриппа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модели рассматривают эффективность предлагаемого вмешательства для отдельных лиц и групп населения, включая применение превентивной противовирусной терапии, дающей реакцию противовирусной терапии, введение карантина, госпитализацию, целевое закрытие учреждений и организацию «безопасных зон» в основных отелях, ресторанах, школах, на заводах и в других местах. Модели могут также количественно оценить социоэкономический эффект (наличные расходы, спасенные жизни, количество потерянных дней на производстве и т.д.), для того, чтобы в каждом случае были готовы рекомендуемые меры. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения система FS и операционная система также разработаны с учетом имеющихся потребностей для выработки решений для различных установочных параметров, при этом системы могут совершенствовать результаты и предлагать уменьшение расходов. Например, система FS и операционная система могут обеспечить мониторинг состояния здоровья для фармацевтических и биотехнологических компаний и потребителей.
II. Развертывание Health Shield («щита здоровья»)
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения Health Shield включает полностью интегрированный диагностический инструментальный комплекс «запись состояния здоровья пациента / электронная медицинская книжка». Развернутые приборы системы FS могут быть портативными и поэтому могут размещаться в различных местах наблюдения, включая в частности клинику, общественное место (например, школу, общественный центр), больницу, врачебный кабинет или домашнее помещение отдельного лица. Как описано в настоящем описании, портативные приборы системы FS могут быть соединены беспроводной связью с сетью, для чего требуется только оптический кабель. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения сетевое соединение ведет на веб-портал, куда данные анализов посылаются в режиме реального времени. Системы FS могут быть развернуты в городе вблизи медицинских центров, и те же самые приборы могут быть размещены в отдаленных точках, например, даже в тех местах, где пациенты живут далеко от ближайших медицинских клиник.
Осуществление анализов с помощью системы FS меняется от анализа к анализу, но все тесты осуществляются с высокой степенью точности, например, за счет высокой специфичности и чувствительности. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения степень специфичности составляет более примерно 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% или более примерно 99%. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения степень специфичности приближается к 100%. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения чувствительность составляет более примерно 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% или более примерно 99%. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения чувствительность приближается к 100%. Точность анализа может зависеть от ряда факторов, включающих в частности вид определяемого маркера, опыт пользователя, и вид проводимого анализа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения системы FS очень удобны для пользователя и требуют минимального умения для эффективной работы. Время, требующееся для проведения анализа, меняется в широких пределах в зависимости от конкретного случая. Каждая система полностью приспособлена к требованиям пользователя для достижения самых лучших результатов и выполнения целей, все спецификации установлены в соответствии с этим. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения анализы длятся минуты, например, менее 30 мин, 25 мин, 20 мин, 15 мин, 10 мин, 9 мин, 8 мин, 7 мин, 6 мин, 5 мин, 4 мин, 3 мин, 2 мин или менее 1 мин. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения HS превосходит работу централизованной лаборатории в широком интервале тестов.
Анализы согласно изобретению позволяют эффективно определять ряд маркеров. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения могут быть определены как антитела, так и вирусная нагрузка для обеспечения эффективной оценки состояния субъекта. Анализы позволяют определять другие маркеры инфекции и реакции на инфекцию, например, уровень образования цитокинов, таким образом обеспечивая получение дополнительной информации о степени серьезности заболевания, предложений об индивидуальном лечении и указаний, когда в случае негативного результата первоначального скрининга подходят подтверждающие тесты.
Данная система может также обнаружить инфекцию, вызванную мутантными или другими штаммами, которые еще не были охарактеризованы. До идентификации этих штаммов шиповидные отростки в маркерах воспаления могут показать, что субъект инфицирован штаммом, который не был еще идентифицирован, что позволяет осуществить быстрое сдерживание распространения вируса и выявить факт мутации вируса. Соответственно, могут быть приняты защитные меры (такие как вложения в вакцинацию).
Технология HS является простой для использования и устраняет многочисленные стадии способа анализа образцов (например, сбор образцов, перевозку, анализ в удаленном месте, принятие решения). В результате, HS может обеспечить большую точность и более быстрое принятие решений за счет направления данных, полученных на месте в режиме реального времени, в центральный пункт мониторинга, например, в правительственном учреждении. Следовательно, система дает возможность выработать направления оптимальной поддержки здравоохранения. Например, системы FS могут быть расположены в общественных центрах, удобных для обращения, например, в аптеках, школах, клиниках или в восстановительных центрах, где жители могут быть легко протестированы и/или подвергнуты нужному лечению, например, можно проводить мониторинг инфекционных заболеваний, таких как грипп. Кроме того, поскольку прибор может быть портативным, социальные работники могут посещать пожилых людей и лиц, неспособных к передвижению, и посещать больных, когда подозревается наличие инфекции, например, гриппа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения анализ полученных данных осуществляют как для отдельных лиц, так и для групп населения. Эти данные, собранные с помощью приборов развернутой системы FS могут быть доступными для провайдеров, правительственных чиновников, для больниц и т.п.
При развертывании в нужном месте, например, в школе, общественном центре, торговом центре, в масштабах определенного района, региона или страны, HS может быть использована для создания безопасных систем для мониторинга возможных неблагоприятных событий и пандемий. Инструментальный комплекс FS может быть также применен для осуществления скрининга с высокой пропускной способностью, при этом большое количество отдельных лиц, например, все, кто находится в группе риска или может туда попасть, может быть протестировано обычными методами превентивно или при вспышке заболевания. Данные, собранные системой FS накапливаются в операционной системе, которая затем их агрегирует и организует пакет данных. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения для работы системы требуется только небольшой образец жидкости, например, кровь, взятая из пальца, слюна или мокрота, при этом обычные проблемы, связанные со взятием крови значительно уменьшаются или вообще устраняются. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения данные, полученные в режиме реального времени, помогают в выборе оптимального метода определения биомаркеров в данной ситуации. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения в соответствии с ожиданиями выбирается панель аналита как разновидность, включенная в перечень анализов. Таким образом, совершенная (идеальная) панель для анализов, пригодная для применения на ранней стадии эпидемии (которая способствует выявлению антигенов) может быть позже заменена в ходе эпидемии, например, для обнаружения антител, которые обеспечивают информацию, касающуюся вероятной стадии невосприимчивости общества, которая может быть релевантной для управления дальнейшей эпидемией.
В случае мониторинга инфекционного заболевания Health Shield может обеспечить скрининг и выборочное обследование населения в группе риска на основе минимального числа ожидаемых первоначальных вспышек заболевания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система предполагает тот же самый интервал случаев, который был ранее для обеспечения получения реальных глобальных данных для моделирования распространения заболевания.
Индекс-случай (индивид, первый в семье с характерными признаками) может привести к потенциальному инфицированию вторичных пациентов. Количество вторичных пациентов зависит от ряда факторов индекс-случая, включая в частности возраст, подвижность, условия совместного проживания, окружение на работе, социализацию и географическое месторасположение. HS способна моделировать эти и другие факторы для расчета потенциального распространения данной вспышки заболевания. В качестве неограничивающего примера можно привести ситуацию, когда реальные глобальные данные позволяют предположить, что типичный индекс-случай может привести к инфицированию 50 других лиц. Примерная модель инфекции может включать 4 или 5 членов семьи и 45 или 46 сотрудников, друзей и других лиц, с которыми инфицированный человек был в контакте. В HS модели быстрой реакции каждый индекс-случай может потребовать от 25 до 50 тестов второго уровня (независимо от возрастной группы) для предотвращения от инфицирования и от распространения вируса людей, контактирующих с индекс-случаем (индексным случаем). В зависимости от характеристик индекс-случая и инфекционного агента могут потребоваться 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 или 100 тестов второго уровня. Согласно некоторым вариантам в случае появления индекс-случая могут потребоваться более 100 тестов второго уровня.
Согласно некоторым вариантам HS может быть снабжена первоначально количеством картриджей в системе FS, например, примерно в 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 раз превышающим ожидаемое число индекс-случаев. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система обеспечена 50 картриджами на каждый ожидаемый индекс-случай. Каждый картридж может быть использован для анализа образца жидкости организма, как описано в настоящем описании. Такое большое количество картриджей обеспечивает при необходимости предупредительное сдерживание распространения пандемии. Как только инфраструктура начинает действовать, HS обеспечивает дополнительные перевозки при необходимости. Эта схема обеспечивает скрининг и выборочное обследование индивидов, достаточное для охвата групп риска, окружающих индекс-случай.
Отдельные лица могут быть снабжены прибором при сдаче рецепта на лекарство любым обычным методом, например, в аптеке. Прибор может быть дан пациенту в школе, на работе или в другом месте. Приборы могут раздаваться работниками здравоохранения. Когда прибор выдан субъекту, его контактная информация, включая в частности номер мобильного телефона, адрес электронной почты, короткие текстовые сообщения по сотовой связи и другим средствам беспроводной связи, может быть в это время введена в базу данных компонента операционной системы. Операционная система может включать тестовый драйвер или другую программу, выявляющую отсутствие передачи сигнала прибора в операционную систему, например, в данное время, и операционная система может затем посылать сообщение, уведомляющее индивида о необходимости провести анализ образца жидкости организма.
Благодаря портативности и размеру компонентов системы FS в Health Shield, HS может стать частью каждодневного образа жизни для управления ходом заболевания и потенциальными опасностями для здоровья. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения системы размещены в домах и в доступных местах. Сбор данных в режиме реального времени, и их анализ обеспечивает быструю работу предупредительной системы охраны здоровья для реагирования на внезапные вспышки заболеваний.
Системы HS могут прогнозировать оптимальные меры по наблюдению в случае заболевания. Система HS может выявлять вспышки заболевания на самой ранней стадии и сдерживать распространение заболевания путем быстрого запуска плана смягчения последствий заболевания. Такая модель может быть оптимизирована для учета различных факторов при выработке оптимального плана наблюдения и мер по смягчению последствий. Один фактор включает определение очередности тестирования, учитывая факторы риска и симптомы, в том числе определение очередности тестирования младенцев, детей, беременных женщин, медицинского персонала, субъектов, находящихся в группе риска, и гериатрических пациентов. Другой фактор включает тестирование лиц, находившихся в тесном контакте с индекс-случаем, такое как нацеленное тестирование дома, в школах и учреждениях, где были подтверждены или подозреваются случаи заболевания. Кроме того, система по мере оценки влияния альтернативных диагностических тестов, учитывающих различные факторы, такие как чувствительность, специфичность, может совершенствоваться (то есть меняется время, необходимое для получения результатов анализа). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения анализы включают один или несколько анализов с помощью картриджей, полимеразную цепную реакцию в режиме реального времени, быстрое определение антигенов, анализ вирусных культур и иммунологические анализы. В некоторых вариантах осуществления изобретения в случае большого количества вторичных анализов для минимизации расходов может быть использован менее дорогой метод анализа. На основе этих данных для тестирования выбранных лиц может применяться меньшее число более дорогих, но более чувствительных и специфических методов анализа.
Когда HS выявляет лиц, подозреваемых в инфицировании, независимо от того является ли это лицо симптоматическим или асимптоматическим, можно на месте провести анализ с помощью системы FS и передать результаты анализа и сведения о местонахождении субъекта в операционную система, например, на центральный сервер центрального поста мониторинга. В этом центре мониторинга отображаются полученные результаты и, если нужно, регистрируются уведомления с целью начала осуществления плана сдерживания распространения заболевания, включая развертывание и тестирование компонентов системы FS. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модель, содержащаяся в компьютерной программе, автоматически указывает места возможного распространения заболевания и места, где необходимы средства для сдерживания распространения заболевания и дальнейшего мониторинга заболевания. Система может связываться с лицами, которые участвуют в программе наблюдения, например, с правительственными чиновниками или работниками здравоохранения, например, по телефону, пейджеру, факсу, электронной почте, при помощи коротких текстовых сообщений по сотовой связи или других видов быстрой связи. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения данные и результаты анализов, полученные в системе HS, передаются официальным лицам и специалистам в области здравоохранения, а не отдельным лицам. Это обеспечивает принятие соответствующих медицинских решений.
Преимущество HS, описанной в настоящем описании, заключается в том, что результаты анализов, полученные на месте наблюдения за больным, могут быть по существу немедленно посланы любому третьему лицу, которое получает пользу от получения результатов. Например, как только результаты, полученные на приборе FS, передаются в операционную систему, операционная система может определить концентрацию аналита и передать эти сведения пациенту или медицинскому работнику, которому может быть необходимо проведение дальнейших действий. Это может включать выявление индекс-случая. Сообщение третьему лицу может быть передано по беспроводной связи, как указано в настоящем описании, и путем направления данных на портативное устройство третьего лица, третье лицо может быть уведомлено о результатах анализа виртуально в любое время и в любом месте. Таким образом, в случае чувствительного к задержкам сценария с пациентом можно связаться немедленно в любом месте, если требуется срочное медицинское вмешательство.
Системы в соответствии с изобретением могут быть выполнены с возможностью взаимодействия с любой комбинацией различных систем электронных историй заболевания (EHR) и любых других релевантных баз данных. Более того, система может автоматически транслировать данные, которые находятся в разных форматах, в один стандартный формат. Как только система внесет и транслирует данные, она может выполнить централизацию информации в одном или нескольких архивах данных и передать введенные данные с помощью прогнозирующих моделей. Таким способом, система может транслировать и использовать многочисленные источники данных для эффективного моделирования вспышки заболевания и прогнозирования соответствующих планов сдерживания распространения заболевания. Эти модели самообучаются с введением каждой новой точки ввода данных, становясь со временем все более эффективно прогнозирующими. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модели распознают наборы данных, которые прогнозируют вероятное развитие заболевания у данного пациента.
Для уточнения параметров системы может быть использована экспериментальная программа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения происходит уточнение первоначального скрининга и стратегии сдерживания распространения заболевания. Затем в нужном регионе происходит развертывание HS для опытной проверки этой модели, это может быть в городе, за городом, в больнице или в торговой зоне. С помощью экспериментальной программы может быть протестирована устойчивость допущений, лежащих в основе модели, и «точно настроена» стратегия сдерживания распространения заболевания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения происходит автоматическое осуществление «точной настройки» с помощью обучающих алгоритмов операционной системы. Например, компьютерная программа включает распознавание наборов данных, что позволяет осуществлять логарифмическое предсказание распространения заболевания, постоянно уточняющееся с каждой новой точкой ввода данных, передаваемой в программный портал. Система, как таковая, становится все более точно прогнозирующей со временем. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения эти уточнения продолжаются даже после развертывания системы после проведения стадии экспериментального испытания.
После разработки системы с использованием исторических данных, архивированных образцов и даже экспериментальной стадии, система может быть размещена в стратегически важном месте для начала профилактических мероприятий против распространения любой вспышки заболевания. Так как каждый прибор может функционировать с различными картриджами, которые могут быть адаптированы для данного заболевания, например, в случае специфического штамма гриппа, те же самые системы могут быть использованы для сдерживания и предотвращения распространения вируса, даже если происходит его мутация. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения картриджы могут быть применены для тестов на основе белков, которые определяют воспаление и реакцию на инфекцию, что дает возможность официальным лицам распознать сильную инфекцию даже в случае мутации вируса, и специфические тесты для новых вирусов могут быть разработаны немедленно и применены при использовании существующих инфраструктуры и приборов. Кроме того, те же приборы, которые применяют для мониторинга инфекционного заболевания, могут быть использованы для мониторинга других заболеваний, таких как диабет, ожирение, сердечно-сосудистые заболевания и онкологические заболевания, например, в случае раковой терапии. Другие картриджы и дополнительные модели для программного обеспечения могут быть адаптированы и настроены в системах HS уже на месте. Результаты валидации для каждого применения могут быть получены до применения системы, адаптация которых происходит с учетом вводимых данных.
Нарушение рекомендуемого режима лечения может негативно сказаться на эффективности стратегии сдерживания заболевания в соответствии с изобретением. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система в соответствии с изобретением как таковая может быть использована для мониторинга соблюдения режима лечения и уведомления пациента или медицинского работника о таком нарушении. Например, пациент, принимающий какой-либо фармацевтический агент как часть медицинского лечения, может отобрать образец жидкости организма, который анализируется системой, как описано в настоящем описании, и концентрация метаболита, определяемая в системе, может оказаться повышенной по сравнению с известным профилем, что свидетельствует о том, что были приняты увеличенные дозы фармацевтического агента. Пациент или медицинский персонал могут быть уведомлены о таком нарушении режима лечения любым методом, описанным в данной заявке, включая в частности уведомление с использованием портативного устройства, такого как карманный персональный компьютер или мобильный телефон, или через третье лицо, например, сотрудника сферы здравоохранения, который также получает сообщение о несоблюдении режима лечения. Указанный профиль может находиться или быть сохраненным во внешнем устройстве, описанном в данной заявке.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения система может быть использована для выявления группы пациентов, которые получают пользу или вред от лечения. На основании этих данных лекарства с возможной токсичностью могут назначаться только тем лицам, которые получают от лечения пользу.
В случае возникновения неблагоприятной ситуации, связанной с фармацевтикой, системы Health Shield могут быть размещены дома у отдельных лиц. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система HS применяется для мониторинга безопасности и эффективности лечения острых состояний, например, ослабляющих здоровье или угрожающих жизни заболеваний, или хронических состояний. Компоненты системы FS могут быть также помещены в таких местах, как аптеки, где отдельные лица могут быть протестированы.
Было проведено изучение случаев при наличии диабета, инфекции, раковых заболеваний с учетом потребностей правительственных систем наблюдения за состоянием здоровья населения, а также медицинских корпораций. Одно такое исследование было направлено на создание модели профилактики и инвертирование развития диабета. Смоделированные данные показывают кардинальное сокращение расходов, связанное с ликвидацией централизованной инфраструктуры для анализа крови и данных о состоянии здоровья и применением вместо этого систем согласно изобретению с размещением систем FS в различных местах наблюдения, включая дома отдельных лиц. Система приводит к сокращению расходов частично за счет ограничения расходов при перевозке, уменьшения затрат на содержание персонала, связанных с проведением анализов, сокращения расходов, связанных с ошибочными положительными результатами, уменьшения времени ожидания результатов. В различных ситуациях система HS приведет к уменьшению расходов, связанных с обычным тестированием, больше, чем на 50%, в дополнение к уменьшению времени получения релевантных данных.
5. Мониторинг вспышек гриппа
В соответствии с одним вариантом осуществления системы согласно изобретению применяют для мониторинга и сдерживания распространения вспышек заболевания. Применение системы HS особенно благоприятно в случае гриппа, так как стратегия остановки распространения заболевания, которая вначале основана на программах массовой вакцинации, может быть недостаточно эффективной. Штаммы вируса гриппа типа A делятся на подтипы в соответствии с видами двух белков, обнаруживаемых на поверхности вируса: гемагглютинина (Н) и нейраминидазы (N). Все вирусы типа A содержат эти два поверхностных белка, но структуры этих белков в различных штаммах отличаются вследствие быстрой генетической мутации в геноме вируса. У птиц известно 16 подтипов Н и 9 подтипов N, но у людей обычно обнаруживается только подтипы Н 1, 2 и 3 и N 1 и 2. Патогенность штамма у подтипов отличается. Например, штамм вируса H5N1, обычно называемого «птичьим гриппом», наиболее часто поражает птиц, но последняя вспышка гриппа среди людей в Азии привела к гибели до 60% инфицированных больных.
Хотя вакцины от гриппа помогают предотвратить распространение заболевания, изменяющиеся подтипы и мутация вируса приводят к тому, что вакцинация только частично решает проблемы. Например, вирус гриппа H1N1, обычно называемого «свиным гриппом», вызвал пандемию 2009 г. Как и H5N1, вирус типа H1N1 может быть вирулентным для людей. Центр контроля и профилактики заболеваний США (The United States Center for Disease Control and Prevention - CDC) хранит информацию о пандемии 2009 г., вызванной вирусом H1N1(см. сайт www.cdc.gov/H1N1FLU/). CDC считает, что тяжелый грипп, вызванный новым вирусом H1N1, мог распространиться особенно широко в 2009 г., например, из-за быстро развивающегося заболевания, визитов врачей, госпитализации и смертных случаев. Первая вакцина против вируса H1N1 была доступна не ранее середины октября, а запасы вакцины были недостаточны даже для лечения людей, находящихся в группе большого риска, до поздней осени. В результате, лучший способ предотвращения широкого распространения эпидемии и паники среди людей состоит в контролировании распространения вируса, особенно среди лиц, находящихся в группе наибольшего риска.
Правительства в некоторых странах пытались остановить распространение гриппа способами, которые были эффективны в случае атипичной пневмонии (SARS), включая скрининг наличия температуры или симптомов заболевания дыхательных путей. Однако эти методы недостаточны в случае инфекции, вызванной вирусом H1N1. Одна из проблем заключается в том, что больные гриппом могут быть заразными, по меньшей мере, за день до появления температуры и других симптомов. Согласно некоторым вариантам система Health Shield в соответствии с изобретением осуществляет систематическое тестирование не только симптоматических пациентов, но и членов их семей и близких сотрудников на работе. Соответственно, инфицированные лица могут подвергаться лечению и изолироваться до того, как они могут вызвать широкое распространение инфекции, при этом уменьшаются действительный вред и психологическое воздействие от эпидемии.
Распространение гриппа и коэффициент смертности осенью 2009 г. могли быть уменьшены при удерживании пациентов от посещения переполненных пунктов медицинской помощи для тестирования и лечения. Потенциально, сотни миллионов долларов могут быть сэкономлены путем сокращения числа дорогостоящих пунктов неотложной помощи и визитов в лечебные учреждения за счет надлежащего применения препаратов и снижения распространения вируса в больницах. Модели HS в соответствии с изобретением могут выявить оптимальный план вмешательства и оптимальное время для применения нужных препаратов, таких как Tamiflu (тамифлю). Эти меры могут уменьшить число посещений больниц и пунктов неотложной помощи и дать возможность людям быстрее возобновить работу. Устранение таких не являющихся необходимыми посещений пунктов неотложной помощи может помочь предотвратить распространение вируса и уменьшить число случаев госпитализации и посещений пунктов скорой помощи.
Вирусы гриппа, например, H1N1 и H5N1, могут быть обнаружены в жидкости организма, например, в крови, взятой из пальца, в мокроте, в слюне или в их комбинации с помощью приборов FS на месте наблюдения. Эти приборы могут быть размещены в подходящих местах (например, в домах, школах, ресторанах, первичных пунктах помощи, помещениях для домашнего скота и т.д.) и могут быть использованы во многих случаях без наличия местной инфраструктуры, отличающейся от источника энергии. Тестирование может быть проведено быстро, например, менее чем примерно за 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 или 60 мин. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения результаты из системы FS возвращают в центр мониторинга операционной системы в режиме реального времени. Анализы крови или слюны могут обнаружить вирус гриппа несколькими методами, включая иммунологический анализ с помощью чувствительных антител против специфических эпитопов самого вируса, например, гемагглютинина и/или нейраминидазы. Проводимые анализы могут отличить различные типы идентифицированных вирусов гриппа, например, вирус типа A, типа В, H5N1, H1N1 и т.д. Анализы могут выявить индивидуальные частицы конкретного вируса, даже в случае различных штаммов или генетических вариантов. Анализы могут обнаружить биомаркеры, вирусные белки, оболочечные белки и т.п.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения могут быть выявлены маркеры воспаления и маркеры иммунного ответа, например, цитокины, которые позволяют клиническим врачам определить степень серьезности инфекции, наличие острой фазы и/или воспалительных реакций субъекта. Это может, например, помочь при определении надлежащего режима лечения для отдельного лица. Способность определить ответ на инфекцию позволяет охарактеризовать эту инфекцию даже в случае штаммов вирусов, которые еще не были охарактеризованы. Как только эти штаммы будут охарактеризованы, могут быть адаптированы специфические тесты и в картриджи добавлены реагенты. В зависимости от требующегося анализа, могут быть сразу же применены новые тесты, в течение дней, недель или в течение нескольких месяцев.
В настоящее время известно более 100 цитокинов/хемокинов, координированная регуляция или дискордантная регуляция которых представляет клинический интерес. Примеры цитокинов, которые могут быть использованы в системах и методах по изобретению, включают, но без ограничения, BDNF, CREB pS133, CREB Total, DR-5, EGF, ENA-78, эотаксин, белок, связывающий жирные кислоты, FGF-basic, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF), GCP-2, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор GM-CSF (GM-CSF), связанные с ростом онкоген-кератиноциты (GRO-KC), HGF, ICAM-1, IFN-альфа, IFN-гамма, интерлейкины IL-10, IL-11, IL-12, IL-12 p40, IL-12 p40/p70, IL-12 p70, IL-13, IL-15, IL-16, IL-17, IL-18, IL-1 альфа, IL-1 бета, IL-1ra, IL-1ra/IL-1F3, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, интерферон - индуцируемый белок (10 IP-10), JE/MCP-1, кератиноциты (КС), KC/GROa, LIF, Lymphotacin, M-CSF, моноцитарный хемоаттрактант белок-1 (МСР-1), MCP-1(MCAF), MCP-3, MCP-5, MDC, MIG, макрофагальный белок воспаления (MIP-1 альфа), MIP-1 бета, MIP-1 гамма, MIP-2, MIP-3 бета, OSM, PDGF-BB, регулируемый активацией, нормальные T-клеточные экспрессированные и секретированные хемокины (RANTES) Rb (pT821), Rb (total), Rb pSpT249/252, Tau (pS214), Tau (pS396), Tau (total), тканевый фактор, фактор некроза опухолей альфа (TNF-альфа), TNF-бета, TNF-RI, TNF-RII, VCAM-1 и VEGF. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения цитокин представляет собой IL-12p70, IL-10, IL-1 alpha, IL-3, IL-12 p40, IL-1ra, IL-12, IL-6, IL-4, IL-18, IL-10, IL-5, эотаксин, IL-16, MIG, IL-8, IL-17, IL-7, IL-15, IL-13, IL-2R (растворимый), IL-2, LIF/HILDA, IL-1 бета, Fas/CD95/Apo-1 и МСР-1.
Маркеры воспаления, которые могут применять в системах и способах в соответствии с изобретением, включают ICAM-1, RANTES, MIP-2, MIP-1-бета, MIP-1 -альфа и ММР-3. Другие маркеры воспаления включают молекулы адгезии, такие как интегрины α1β1, α2β1, α3β1, α4β1, α5β1, α6β1, α7β1, α8β1, α9β1, αVβ7, α4β7, α6β4, αDβ2, αLβ2, αMβ2, αVβ3, αVβ5, αVβ6, αVβ8, αXβ2, αIIβ3, αIELbβ7, бета-2 интегрин, бета-3 интегрин, бета-2 интегрин, бета-4 интегрин, бета-5 интегрин, бета-6 интегрин, бета-7 интегрин, бета-8 интегрин, альфа-1 интегрин, альфа-2 интегрин, альфа-3 интегрин, альфа-4 интегрин, альфа-5 интегрин, альфа-6 интегрин, альфа-7 интегрин, альфа-8 интегрин, альфа-9 интегрин, альфа-D интегрин, альфа-L интегрин, альфа-M интегрин, альфа-V интегрин, альфа-Х интегрин, альфа-IIb интегрин, альфа-IELb интегрин; ассоциированные с интегрином молекулы, такие как бета-IG-Н3, мелузин, CD47, МЕРЕ, CD151, остеопонтин, IBSP/сиалопротеин II, RAGE, IGSF8; селектины, такие как Е-селектин, P-селектин, L-селектин, и лиганды, такие как CD34, GlyCAM-1, MadCAM-1, PSGL-1, витронектин, рецептор витронектина, фибронектин, витронектин, коллаген, ламинин, ICAM-1, ICAM-3, BL-CAM, LFA-2, VCAM-1, NCAM и РЕСАМ. Другие маркеры воспаления включают цитокины, такие как IFN-α, IFN-β, IFN-ε, -κ, -τ, и -ζ, IFN-ω, IFN-γ, IL29, IL28A и IL28B, IL-1, IL-1α и β, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-11, IL-12, IL-13, IL-14, IL-15, IL-16, IL-17, IL-18, IL-19, IL-20, IL-21, IL-22, IL-23, IL-24, IL-25, IL-26, IL-27, IL-28, IL-29, IL-30 и TCCR/WSX-1. Другие маркеры воспаления включают рецепторы цитокинов, такие как общая бета-цепь, IL-3 R альфа, IL-3 R бета, GM-CSF R, IL-5 R альфа, общая гамма цепь/IL-2 R гамма, IL-2 R альфа, IL-9 R, IL-2 R бета, IL-4 R, IL-21 R, IL-15 R альфа, IL-7 R альфа/CD127, IL-1ra/IL-1F3, IL-1 R8, IL-1 RI, IL-1 R9, IL-1 RII, IL-18 R альфа/IL-1 R5, IL-1 R3/IL-1 R AcP, IL-18 R бета/IL-1 R7, IL-1 R4/ST2 SIGIRR, IL-1 R6/IL-1 R rp2, IL-11 R бета, IL-31 RA, CNTF R альфа, лептин R, G-CSF R, LIF R альфа, IL-6 R, OSM R бета, IFN-альфа/бета R1, IFN-альфа/бета R2, IFN-гамма R1, IFN-гамма R2, IL-10 R альфа, IL-10 R бета, IL-20 R альфа, IL-20 R бета, IL-22 R, IL-17 R, IL-17 RD, IL-17 RC, IL-17B R, IL-13 R альфа 2, IL-23 R, IL-12 R бета 1, IL-12 R бета 2, TCCR/WSX-1 и IL-13 R альфа 1. Дополнительные маркеры воспаления включают хемокины, такие как CCL-1, CCL-2, CCL-3, CCL-4, CCL-5, CCL-6, CCL-7, CCL-8, CCL-9, CCL-10, CCL-11, CCL-12, CCL -13, CCL-14, CCL-15, CCL-16, CCL-17, CCL-18, CCL-19, CCL-20, CCL-21, CCL-22, CCL-23, CCL-24, CCL-25, CCL-26, CCL-27, CCL-28, MCK-2, MIP-2, CINC-1, CINC-2, КС, CINC-3, LIX, GRO, тимус хемокин-1, CXCL-1, CXCL-2, CXCL-3, CXCL-4, CXCL-5, CXCL-6, CXCL-7, CXCL-8, CXCL-9, CXCL-10, CXCL-11, CXCL-12, CXCL-13, CXCL-14, CXCL-15, CXCL-16, CXCL-17, XCL1, XCL2 и хемерин. Другие маркеры воспаления включают рецепторы хемокинов, такие как CCR-1, CCR-2, CCR-3, CCR-4, CCR-5, CCR-6, CCR-7, CCR-8, CCR-9, CCR-10, CXCR3, CXCR6, CXCR4, CXCR1, CXCR5, CXCR2, Chem R23. Другие маркеры воспаления включают факторы некроза опухолей (TNFs), такие как TNFα, 4-1BB лиганд/TNFSF9, LIGHT/TNFSF14, APRIL/TNFSF13, лимфотоксин, BAFF/TNFSF13B, лимфотоксин бета/TNFSF3, CD27 лиганд/TNFSF7, OX40 лиганд/TNFSF4, CD30 лиганд/TNFSF8, TL1A/TNFSF15, CD40 лиганд/TNFSF5, TNF-альфа/TNFSF1A, EDA, TNF-бета/TNFSF1B, EDA-A2, TRAIL/TNFSF10, Fas лиганд/TNFSF6, TRANCE/TNFSF11, GITR лиганд/TNFSF18 и TWEAK/TNFSF12. Кроме того, могут быть использованы представители суперсемейства рецепторов TNF, такие как 4-1BB/TNFRSF9, NGF R/TNFRSF16, BAFF R/TNFRSF13C, остеопротегерин/TNFRSF11B, BCMA/TNFRSF17, OX40/TNFRSF4, CD27/TNFRSF7, RANK/TNFRSF11A, CD30/TNFRSF8, RELT/TNFRSF19L, CD40/TNFRSF5, TACI/TNFRSF13B, DcR3/TNFRSF6B, TNF RI/TNFRSF1A, DcTRAIL R1/TNFRSF23, TNF RII/TNFRSF1B, DcTRAIL R2/TNFRSF22, TRAIL R1/TNFRSF10A, DR3/TNFRSF25, TRAIL R2/TNFRSF10B, DR6/TNFRSF21, TRAIL R3/TNFRSF10C, EDAR, TRAIL R4/TNFRSF10D, Fas/TNFRSF6, TROY/TNFRSF19, GITR/TNFRSF18, TWEAK R/TNFRSF12, HVEM/TNFRSF14 и XEDAR. Кроме того, маркеры воспаления включают суперсемейство регуляторов TNF, таких как FADD, TRAF-2, RIP1, TRAF-3, TRADD, TRAF-4, TRAF-1 и TRAF-6. Маркеры воспаления включают такие реагенты острой фазы и белки острой фазы. Другие маркеры воспаления включают суперсемейство лигандов TGF-бета, таких как активины, активин A, активин B, активин AB, активин С, BMPs (морфогенетические белки кости), BMP-2, BMP-7, BMP-3, BMP-8, ВМР-3b/GDF-10, BMP-9, BMP-4, BMP-10, BMP-5, BMP-15/GDF-9B, BMP-6, декапентаплегический лиганд, факторы роста/дифференциации (GDFs), GDF-1, GDF-8, GDF-3, GDF-9 GDF-5, GDF-11, GDF-6, GDF-15, GDF-7, лиганды семейства GDNF, артемин, нейртурин, CDNF, персефин, TGF-бета, TGF-бета, TGF-бета 3, TGF-бета 1, TGF-бета 5, LAP (TGF-бета 1), латентный TGF-бета bp1, латентный TGF-бета 1, латентный TGF-бета bp2, TGF-бета 1.2, латентный TGF-бета bp4, TGF-бета 2, Lefty, MIS/AMH, Lefty-1, Nodal, Lefty-A, Activin RIA/ALK-2, GFR альфа-1/GDNF R альфа-1, Activin RIB/ALK-4, GFR альфа-2/GDNF R альфа-2, Activin RIIA, GFR альфа-3/GDNF R альфа-3, Activin RIIB, GFR альфа-4/GDNF R альфа-4, ALK-1, MIS RII, ALK-7, Ret, BMPR-IA/ALK-3, TGF-бета RI/ALK-5, BMPR-IB/ALK-6, TGF-бета RII, BMPR-II, TGF-бета RIIb, Endoglin/CD105 и TGF-бета RIII. Маркеры воспаления охватывают также суперсемейство модуляторов TGF-бета, таких как Amnionless, NCAM-1/CD56, BAMBI/NMA, Noggin, BMP-1/PCP, NOMO, Caronte, PRDC, Cerberus 1, SKI, Chordin, Smadi, Chordin-Like 1, Smad2, Chordin-Like 2, Smad3, COCO, Smad4, CRIM1, Smad5, Cripto, Smad7, Crossveinless-2, Smad8, Cryptic, SOST, DAN, Latent TGF-бета bpl, Decorin, Latent TGF-бета bp2, FLRG, Latent TGF-бета bp4, Follistatin, TMEFFl/Tomoregulin-1, Follistatin-like 1, TMEFF2, GASP-1/WFIKKNRP, TSG, GASP-2/WFIKKN, TSK, Gremlin и Vasorin. Кроме того, маркеры воспаления включают лиганды EGF, такие как Amphiregulin, LRIG3, Betacellulin, Neuregulin-1/NRG1, EGF, Neuregulin-3/NRG3, Epigen, TGF-альфа, Epiregulin, TMEFF1/Tomoregulin-1, HB-EGF, TMEFF2 и LRIG1. Маркерами воспаления могут также быть рецепторы семейства EGF/ErbB, такие как EGFR, ErbB3, ErbB2 и ErbB4. Кроме того, маркеры воспаления включают фибриноген. Маркерами воспаления могут также быть SAA. Далее, маркеры воспаления включают глиальные маркеры, такие как альфа-1-антитрипсин. C-реактивный белок (CRP), α2-макроглобулин, глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP), Mac-1 и F4/80. Маркером воспаления может также быть миелопероксидаза. Другие маркеры воспаления включают комплементарные маркеры, такие как C3d, C1q, C5, C4d, C4 bp и С5а-С9. Еще одни маркеры воспаления включают гликопротеины, основной комплекс гистосовместимости (МРС), такие как HLA-DR и HLA-A, D, С.Маркеры воспаления могут также представлять собой микроглиальные маркеры, такие как рецептор CR3 МНС I, МНС II, CD 31, CD11a, CD11b, CD11c, CD68, CD45RO, CD45RD, CD18, CD59, CR4, CD45, CD64 и CD44. Другие маркеры воспаления включают рецептор альфа.2-макроглобулина, фактор роста фибробластов, Fc гамма RI, Fc гамма RII, CD8, LCA (CD45), CD18, CD59, Аро J, clusterin, ингибитор активации плазминогена 2 типа, CD44, рецептор макрофагального колониестимулирующего фактора, MRP14, 27Е10, конъюгаты 4-гидроксиноненаль-белок, IκВ, NFκB, cPLA2, СОХ-2, матриксные металлопротеиназы, мембранные липиды пероксидации и активности АТФазы HSPC228, ЕМР1, CDC42, TLE3, SPRY2, р40 ВВР, HSPC060 и NAB2, или a down-regulation ofHSPAlA, HSPA1B, MAPRE2 и OAS1 expression, TACE/ADAM17, alpha-1-Acid Glycoprotein, Angiopoietin-1, MIF, Angiopoietin-2, CD14, бета-Defensin 2, MMP-2, ECF-L/CHI3L3, MMP-7, EGF, MMP-9, EMAP-II, MSP, EN-RAGE, Nitric Oxide, Endothelin-1, Osteoactivin/GPNMB, FPR1, PDGF, FPRL1, Pentraxin 3/TSG-14, FPRL2, Gas6, PLUNC, GM-CSF, RAGE, S100A10, S100A8, S100A9, HIF-1 alpha. Substance P, TFPI, TGF-beta 1, TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3, TIMP-4, TLR4, LBP, TREM-1, Leukotriene A4, Hydrolase TSG-6, Lipocalin-1, uPA, M-CSF, и VEGF.
Физиологические данные каждого субъекта могут быть также измерены и переданы с приборов системы FS или из мест наблюдения в операционную систему. Такие данные включают в частности температуру, частоту пульса, кровяное давление, оксиметрические сигналы, вес, удерживание воды, плетисмографические сигналы, процент содержания жира, содержание воды, перфузию крови, подвижность, положение тела, биоэлектрический импеданс, электрокардиограмму (ECG) или гальваническую реакцию кожи.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения при помощи анализов выявляют антитела хозяина, направленные против конкретного патогена или маркера. При определении таких антител может возникнуть проблема в связи с вакцинацией против гриппа в прошлом. В таких случаях высокие титры антител к вирусу гриппа могут мешать анализу. Репликация вируса гриппа происходит в основном в легких, поэтому наличие гриппа может определяться при анализе, например, слюны, назального смыва и мокроты. Поэтому анализ образца слюны также осуществляют в месте наблюдения за пациентом. Считается, что антиген гемагглютинина (Н-антиген) на поверхности частиц вируса гриппа способствует попаданию вируса в целевые клетки. Гемагглютинин может связывать эритроциты и в соответствующих условиях вызывает агглютинацию клеток. Соответственно, эритроциты в крови могут действовать как агенты для концентрации вируса. Это явление может быть использовано при определении вируса, так как эритроциты могут быть сконцентрированы до анализа образца крови. Кроме того, эритроциты могут быть собраны (и сконцентрированы) на подходящей поверхности в картридже для анализа, тем самым для анализа и обнаружения будет получено большое количество вируса.
Два ключевых параметра любого метода скрининга или диагностического теста составляют его чувствительность и специфичность, которые показывают, насколько точно этот тест выявляет всех больных лиц без исключения и без ошибочного включения в эту группу лиц, которые не заболели целевым заболеванием (прогнозируемое значение).
Истинно-положительный результат (ТР) считается полученным при наличии положительного теста и заболевания. Ложноположительный (FP) результат считается полученным при наличии положительного теста и отсутствии выявленного состояния. Истинно-отрицательным (TN) считается результат, когда имеет место наличие отрицательного результата и отсутствие заболевания. Ложноотрицательный (FN) результат считается полученным в случае отрицательного теста, но при отсутствии выявленного заболевания. В этом контексте чувствительность = ТР/(ТР+FN); специфичность = TN/(FP+TN) и прогностическое значение положительного результата = ТР/(ТР+FP).
Чувствительность является мерой способности теста правильно выявлять наличие целевого заболевания у тестируемого лица. Тест с низкой чувствительностью дает высокую степень ложноотрицательных результатов, а именно лиц, которые больны, но ложно выявлены как здоровые (не имеющие этой конкретного заболевания). Потенциальная опасность ложноотрицательного результата заключается в том, что больной остается невыявленным, и он не подвергается лечению в течение некоторого времени, когда заболевание может развиться, и на более поздней стадии лечение может оказаться неэффективным. Примером теста с низкой чувствительностью является анализ крови на ВИЧ с выявлением белков. Это вид теста имеет низкую чувствительность, поскольку он не может выявить наличие вируса до тех пор, пока не разовьется заболевание и вирус не попадет в кровь в значительных количествах. В противоположность этому, тестом с высокой чувствительностью является определение вирусной нагрузки с помощью полимеразной цепной реакции (PCR). В этом случае имеет место высокая чувствительность, так как этот тест может определить очень маленькие количества вируса. Высокая чувствительность особенно важна, когда последствия отсутствия диагноза являются тяжелыми.
С другой стороны, мерой способности теста точно выявить здоровых пациентов является специфичность. Тест с низкой специфичностью дает большой процент ложноположительных результатов, то есть лиц, которые неверно идентифицированы как больные. Недостаток таких случаев состоит в том, что эти результаты вынуждают пациентов подвергаться ненужному лечению с сопутствующими рисками, эмоциональными и финансовыми затратами, и это может быть вредным для здоровья. Специфичность имеет большое значение, когда расходы или риск, связанные с дальнейшими диагностическими процедурами или медицинским вмешательством очень высоки.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система HS осуществляет множество анализов с целью повышения чувствительности и/или специфичности анализов. Например, может быть повышена степень чувствительности и специфичности мониторинга заболевания. Например, лицам, которым была ранее проведена вакцинация от гриппа, одновременно делают анализ слюны и образца крови из пальца. Тестирование многих образцов способствует выявлению инфекции. Кроме того, важно контролировать ложноотрицательные результаты для максимального сдерживания распространения заболевания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения данное изобретение учитывает ложноотрицательные результаты за счет включения в каждый картридж возможности определения маркеров и воспаления, и инфекции. Когда тест на грипп дает отрицательный результат, но другие маркеры предполагают очень вероятное наличие гриппа, могут быть проведены подтверждающие тесты у специфической группы пациентов. Для различных видов заболеваний предусмотрены анализы различных маркеров, содержащиеся в меню тестов. Специалисту в данной области очевидно, что проведение множества анализов физиологических параметров для повышения степени чувствительности и/или специфичности не ограничивается примерными вариантами, а скорее является эффективным способом мониторинга многих заболеваний и нарушений.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения децентрализованная возможность обнаружения в системе HS, предоставляемая FS, может обеспечить раннюю идентификацию лиц с подтвержденным диагнозом гриппа, то есть «индекс-случаев», и дальнейший запрос обо всех тесных контактах этих выявленных лиц. После выявления этой сети контактов сдерживание распространения заболевания требует быстрого применения системы, идентификации больных и предупредительного действия в группах выявленных и/или асимптоматических инфицированных лиц. HS представляет собой систему, способную выполнить эти операции и предотвратить распространение заболевания.
Система Health Shield может быть применена для наблюдения и сдерживания распространения вспышки гриппа. Система HS может быть применена в различных местах, например, в местном, региональном или национальном масштабе. Операционная система может применять компьютерное моделирование для симуляции различных планов использования системы HS с целью лучшего сдерживания распространения гриппа или другого состояния и может быть оптимизирована в каждом случае. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модель представляет собой эпидемиологическую модель, которая включает различные параметры для моделирования ожидаемой вспышки заболевания и/или для ее сдерживания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система использует метод моделирования Монте-Карло для тестирования спектра скрининга и планов сдерживания распространения заболевания, что, в свою очередь, будет проанализировано для отношения расходы / выгода и т.д. Например, система может планировать, где и как применить ограниченные ресурсы, например, медицинский персонал, терапевтическое лечение и вакцины. Модель операционной системы может содержать предварительно введенную информацию о группах населения и отдельных лицах для случая, который подвергается мониторингу. Эта информация включает в частности время инкубации, наличие связей восприимчивых лиц, способ заражения, вирулентность вируса, коэффициент смертности, показатель госпитализации, частоту заболеваний, способ передачи инфекции. Скорость инфицирования, результаты терапевтического вмешательства, эффективность вакцины и резистентность к противовирусной терапии, например, с помощью тамифлю, или эффективность такой терапии. Параметры отдельных лиц, мониторинг которых проводится, включают в частности возраст, пол, социальные контакты (лица, с которыми проживает инфицированный, члены семьи, сотрудники и т.д.), предыдущую историю заболевания, общее состояние здоровья (например, более ранние другие заболевания) и т.д. Во время работы системы может происходить непрерывное обновление параметров модели.
Инструментальный комплекс FS применяется в соединении с настроенной операционной системой. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения данные из системы FS передают в операционную систему через портал программного обеспечения. Затем удаленная операционная система может производить необходимые расчеты. В общем, системы FS применяют для выбранных «горячих точек». Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модель операционной системы используют для оптимального размещения FS. Оптимальные и «горячие точки» включают в частности места сбора людей, например, торговые зоны, школы и рабочие места. Отслеживаются также места, где собираются больные люди, включая, без ограничения, клиники, аптеки и больницы. Согласно некоторым вариантам приборы системы FS размещают в домах, как описано в данной заявке.
После развертывания системы FS используют для тестирования субъектов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения это тестирование включает определение антигенов, например, оболочечных белков вируса. Аналиты могут содержать также белки хозяина в качестве маркеров заболевания, например, иммунологических маркеров, включая цитокины, и маркеры воспаления, которые свидетельствуют об инфекции. При выявлении агентов инфекционного заболевания и оценке статуса и прогноза для пациентов желательно одновременно проводить множество анализов. Например, это повышает шансы обнаружения заболевания, так как один любой аналит может не содержать аномальных уровней маркеров. Анализ множества аналитов способствует также уменьшению «шума» и более точной работе системы при мониторинге заболевания.
В следующей ниже Таблице 3 приведен пример меню для обнаружения вируса H1N1, известного как вирус свиного гриппа.
В Таблице 3 обозначение «Ab:Ag» относится к комплексу, образованному антителом (Ab) и антигеном (Ag). Например, «IgG анти-Н1:H1» отражает комплекс антител хозяина IgG-анти-Н1 и антигенов H1 гемагглютинина вируса гриппа. По мере мониторинга штаммов вирусов гриппа регулируется соответствующим образом меню станции. Например, меню для мониторинга вируса H1N5 будет включать обнаружение антигена N5 и антител против N5.
Обнаружение антител IgM, IgG или IgA против антигенов может быть использовано для определения более раннего факта инфицирования субъекта частицами данного вируса гриппа. Антитела IgM определяются быстро после инфицирования при первом выявлении воздействия иммуногена. Когда ранее бывшие инфицированными лица заражаются вторым инфекционным агентом, имеющим похожий или идентичный тип антигена, антитела IgG и IgA образуются очень быстро. Эта вторичная реакция обычно гораздо сильнее и специфичнее, чем первоначальный ответ IgM. В случае первичных инфекций и очень тяжелых инфекций наиболее вероятными являются наличие вируса в крови и непосредственное его обнаружение. В случае вторичных инфекций, когда в организме содержится антитело, будет его избыток по отношению к антигену и антиген может маскироваться при проведении иммунологического анализа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения комплекс, образованный антигеном и антителом, обнаруживается методом сэндвичевого иммунологического анализа, когда один реагент реагирует с антигеном, а другой - с IgG. Как только у субъекта образуются антитела IgG и IgA, они могут быть обнаружены в крови после того, как инфекция пройдет.
Как показано в Таблице 3, меню может также включать анализ одного или более цитокинов как маркеров иммунного ответа и/или воспаления. Цитокины включают в частности IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10 и TNFα. Цитокины, как таковые, могут быть спродуцированы в больших количествах на ранней стадии вирусной инфекции. В некоторых случаях содержание этих маркеров растет и падает быстро. Ценная информация о статусе пациента и прогнозе может быть получена путем проведения серийного определения одного или более цитокинов. Например, лихорадка вирусного или бактериального происхождения может быть обнаружена по изменению уровня цитокинов. Недавнее исследование установило, что «скорость CRP» (CRPv), определенная как отношение C-реактивного белка при анализе в пункте неотложной помощи к количеству часов, прошедших с начала заболевания, может определить различие между острым бактериальным заболеванием и небактериальным лихорадочным состоянием. См. Paran et al., C-reactive protein velocity to distinguish febrile bacterial infections from non-bacterial febrile illnesses in the emergency department, Crit Care. 2009; 13(2):R50. Исследование показало также, что уровень в крови других белков острой фазы, таких как IL-1, IL-6 и TNF-α, коррелирует с CRPv.
Определяемый уровень содержания маркеров гриппа приведен в Таблице 4.
Перечень маркеров в Таблицах 3 и 4 соответствует меню выявления наличия H1N1. Пороговое значение обнаружения определенного маркера показано в Таблице 4. Когда определение производится во времени, может быть определено увеличение содержания маркера, например, цитокина или C-реактивного белка. В таком случае десятикратное изменение считается показателем вспышки заболевания. Когда данные во времени для отдельного лица недоступны, кратное изменение может быть определено путем сравнения с референсным пороговым значением. Например, полученное значение уровня данного маркера можно сравнить со средним значением этого показателя у здоровых людей. Следует отметить, что с помощью соответствующих аналитических методов могут быть выявлены различные штаммы вирусов, например, H5N1, H3N2 и т.д.
Перечень действий, рекомендуемых операционной системой при наличии заболевания гриппом и обнаружении маркеров, приведен в Таблице 5.
Как описано выше, данные, приведенные в Таблице 5, указывают на заболевание свиным гриппом (H1N1). Применяя различные аналитические методы, могут быть обнаружены различные штаммы гриппа, например, H5N1, H3N2 и т.д. Кроме того, принимаемые меры будут зависеть от ряда факторов, включая в частности ожидаемую вирулентность, передачу инфекции, стоимость лечения и т.д. Например, в случае обнаружения вирулентного штамма может быть необходим карантин, но это не требуется в случае вспышки менее тяжелого заболевания. Рекомендуемые меры в случае резистентности к лекарству зависят от вида лекарства. При появлении гриппа особенно важна резистентность к оселтамивиру (Tamiflu®). Оселтамивир представляет собой оральное активное противовирусное лекарство, которое действует как ингибитор нейраминидазы. Это лекарство замедляет распространение вируса гриппа (инфлюэнцы) среди клеток в организме, предотвращая разрыв химических связей нового вируса с его клеткой-хозяином. Оно может применяться для лечения гриппа типа A и B. Резистентность к лекарству может быть определена рядом методов, например, методом функционального анализа (культуры) или идентификации генетического маркера. Для лечения гриппа применяют также занамивир.
Специфические штаммы вируса гриппа могут быть обнаружены с помощью анализа сэндвичевого типа. Известно несколько разновидностей этого метода. На Фиг.3 показана схема анализа для антигена H1N1, иллюстрирующая сэндвичевые комплексы четырех различных видов анализа. Специалисту в данной области очевидно, что этот метод может быть использован для обнаружения штаммов других вирусов, например, H5N1, H2N3 и т.д. На схеме показаны конечные продукты реакции для четырех видов анализа при определении вируса H1N1 (на вирусной частице несколько копий каждого). Метод включает: 1) добавление образца, например, крови, сыворотки, слюны или назального лаважа к поверхности захвата, содержащей антитело к одному из антигенов вируса на поверхности (H1, N1); 2) добавление меченого ферментом антитела к одному из антигенов на поверхности; и 3) промывку поверхности для удаления несвязанных вирусных частиц. Различные виды анализа могут обнаружить различные частицы. Конфигурации α-H1/α-N1 и α-N /α-H1 пригодны для определения вируса H1N1, конфигурация α-H1/α-H1 - для обнаружения любого вируса с антигеном H1 и конфигурация α-N1/α-N1 - для обнаружения любого вируса, имеющего антиген N1. Система картриджей для проведения анализа описана в заявке США на патент №11/746535, поданной 9 мая 2007 г. под названием «REAL-TIME DETECTION OF INFLUENZA VIRUS».
Анализы сэндвичевого типа могут быть использованы для обнаружения антител хозяина к вирусам гриппа, например, человеческих антител против вируса свиного гриппа H1N1. Первый вариант этого метода анализа показан на Фиг.4А. Фаза захвата содержит антитело к антигену вируса, присоединенному к твердой фазе. Вирусная частица (антиген) может быть захвачена твердой фазой, а для обнаружения антител хозяина можно применять реагент, такой как меченое щелочной фосфатазой антитело к антигену вируса. Этот вид анализа пригоден для анализа антигенов. Антитело обнаруживают, соединяя антиген вируса с образцом, например, жидкостью организма, такой как кровь или плазма крови и сравнивая реакцию с добавленным антигеном и без него. Антитела против вируса могут быть определены путем добавления («спайкинга») известного фиксированного количества вируса или антигена вируса к образцу, взятому у пациента. После инкубации образец с добавленным веществом применяют для определения антигена вируса. При наличии антител анализ покажет уменьшение содержания антигена (низкая степень извлечения). Разведение образца или связанный антиген могут быть оттитрованы с получением количественного результата. Когда имеется антитело к антигену вируса, сигнала, генерированного в отсутствие добавляемого антигена, нет, или этот сигнал является небольшим. Наблюдается небольшой (или нулевой) ответ при добавлении антитела по сравнению с контрольными образцами без антигена, которые были «добавлены» к антигенам. Другими словами, «степень извлечения» антигена является низкой или нулевой. Могут быть также определены титры антигена в образце за счет применения увеличения связей антигена до достижения ответа анализа. Специалисту ясно, что методы анализа могут быть адаптированы для обнаружения антитела хозяина к другим вирусам, например, H5N1. Метод может быть также адаптирован для выявления антител хозяина к любому соответствующему антигену, например, к другим вредным микробам.
Другой вид анализа для определения антител хозяина к вирусам гриппа схематически показан на Фиг.4B. Этот метод является прямым. Согласно этому варианту осуществления изобретения на этапе захвата антиген вируса присоединен к твердой фазе, для анализа применяют реагент, представляющий собой меченое щелочной фосфатазой антитело к человеческому иммуноглобулину. Как описано в данной заявке идиотип антител хозяина может определить, является ли хозяин не подвергнутым воздействию антигена (обнаружены антитела IgM) или уже был ранее инфицирован (обнаружены антитела IgG или IgA). Применяя антитела, специфические к различным иммуноглобулинам, например, IgN, IgG, IgA и т.д., можно определить тип антитела. Анализ включает: 1) инкубацию образца на поверхности захвата, с которой связан вирус и/или антиген вируса; 2) промывку поверхности для удаления несвязанного IgG, затем 3) инкубацию с меченым ферментом антителом, направленным против человеческих иммуноглобулинов, специфическим или к IgG или к IgM; 4) промывку для удаления несвязанного меченого ферментом антитела; и 5) инкубацию с субстратом. На Фиг.4B показан статус после четвертой стадии.
Системы FS применяют для мониторинга аналитов и других индивидуальных параметров (кровяного давления, температуры, веса и т.д.) во времени. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения тестирование отдельных лиц проводят по расписанию, например, один или несколько анализов могут проводиться, по меньшей мере, каждый час, каждые 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч, 6 ч, 7 ч, 8 ч, 9 ч, 10 ч, 11 ч, 12 ч, 13 ч, 14 ч, 15 ч, 16 ч, 17 ч, 18 ч, 19 ч, 20 ч, 21 ч, 22 ч, 23 ч, 24 ч, 36 ч, 2 дня, 3 дня, 4 дня, 5 дней, 6 дней, 1 нед, 10 дней, 2 нед, 3 нед, 4 нед, 1 мес, 5 нед, 6 нед, 7 нед, 8 нед, 2 мес, 9 нед, 10 нед, 11 нед, 12 нед, 3 мес, 4 мес, 5 мес, 6 мес, 7 мес, 8 мес, 9 мес, 10 мес, 11 мес, или, по меньшей мере, каждый год. Частота тестирования зависит от состояния пациентов и вида заболевания. Например, тестирование лиц, находящихся в группах риска, например, школьников, пожилых лиц, медицинских работников и врачей, проводят чаще. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения операционная система определяет частоту проведения анализов. Например, операционная система может выявлять лиц в группе риска для более частого тестирования. Тестирование может проводиться в режиме реального времени или псевдореального времени. Например, после выявления индекс-случая могут быть немедленно подвергнуты тестированию другие лица, находящиеся в контакте с этим индекс-случаем, и это тестирование затем проводится чаще. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения частота тестирования увеличивается в "горячей точке" повышенного риска. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения частота тестирования уменьшается по мере исчезновения риска, что позволяет избежать лишних расходов.
Как уже отмечалось, в системах и способах в соответствии с изобретением могут применяться различные полевые устройства. Операционная система управляет применением системы FS. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения виды анализов меняются со временем с изменением ситуации, например, для мониторинга различных аналитов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения меняется вид (виды) образца (образцов) по мере изменения ситуации. Кроме того, вирусная нуклеиновая кислота была обнаружена в крови с помощью метода с применением полимеразной цепной реакции, например, полимеразной цепной реакции в режиме реального времени. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения применяют картриджи для анализа множества образцов, например, описанные в данной заявке. Эти картриджи позволяют обработать образцы и проанализировать ограниченное число аналитов образцов более чем одного типа, например, с применением одного или нескольких образцов крови, концентрированных эритроцитов, мокроты, слюны, назального лаважа или другой жидкости организма. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения применяют картриджи для размещения множества аналитов, описанные в данной заявке. Эти картриджи позволяют анализировать множество аналитов образцов одного типа. Оба вида картриджей могут применяться в системе в зависимости от того, какой вид наиболее оптимален в конкретном случае.
Системы FS используют для тестирования выбранных образцов с помощью выбранных методов анализа, затем полученные результаты направляют назад в операционную систему, описанную в данной заявке. При выявлении возможной инфекции гриппа у отдельных лиц предпочтительно проводить серию измерений во времени. Полученный на основе более ранних анализов "идеальный" вид аналита может быть изменен для оптимизации информации о результатах анализа. Применение такого продолжительного тестирования позволяет рассчитать направления (тренды) анализа аналитов, свидетельствующие о тенденции развития заболевания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения продолжительные измерения по изобретению учитывают динамические данные конкретного лица вместе с информацией о группах населения, собранной во время предыдущих эпидемий. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модели также регулируют с учетом данных, полученных для групп населения, инфицированных текущим заболеванием.
Операционная система проводит мониторинг вводимых данных при возникновении инфекции и обеспечивает оценку и выработку рекомендаций по сдерживанию распространения выявленной инфекции. Когда появляется инфекция, осуществляют уведомление соответствующих лиц, например, пациентов, людей, контактирующих с ними, работников в области здравоохранения и правительственных чиновников. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения план действий, рекомендованный операционной системой, применяют для сдерживания распространения вируса. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения план действий включает применение терапевтического лечения инфицированного лица. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения для лиц, контактирующих с инфицированным пациентом, проводят профилактическое лечение. Оно может включать вакцинацию. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения в зависимости от степени серьезности вспышки заболевания для инфицированных лиц может быть введен карантин. Точно так же может быть введен карантин для людей, имеющих контакт с инфицированным лицом.
Система FS и операционная система продолжают проводить мониторинг ситуации в целом и непрерывно обновляют базу данных операционной системы с поступлением информации. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения операционная система вырабатывает рекомендуемый план действий в ответ на реальные данные во всем мире. Таким образом, система Health Shield согласно данному изобретению обеспечивает динамический ответ на выявленную вспышку заболевания. Как только сдерживание распространения заболевания достигается, компоненты системы FS могут быть перемещены в другие «горячие точки» и т.д.
6. Мониторинг инфекционного заболевания
Следует отметить, что системы в соответствии с изобретением, описанные выше, могут быть применены для мониторинга возникновения ряда инфекционных заболеваний помимо гриппа. Например, система HS может быть использована для мониторинга и предотвращения распространения инфекционных заболеваний в областях с ограниченными ресурсами, например, в сельских или отдаленных районах или в развивающихся странах. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения систему HS применяют для мониторинга синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД); туберкулеза (ТВ) и/или малярии. СПИД (AIDS) является заболеванием иммунной системы у людей, вызванной вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ, HIV). ВИЧ передается при прямом контакте слизистой мембраны или крови с жидкостью организма, содержащей ВИЧ, такой как кровь, семенная жидкость, вагинальное отделяемое, предэякулят, грудное молоко. Заболевание распространяется также при применении инфицированных шприцов для инъекции запрещенных лекарств. СПИД прогрессивно снижает эффективность иммунной защиты и пациенты становятся восприимчивы к оппортунистическим инфекциям и развитию рака. Ослабление иммунитета увеличивает риск заболевания туберкулезом и малярией. Туберкулез представляет собой распространенное и часто смертельно опасное инфекционное заболевание, вызванное микобактериями, например, Mycobacterium tuberculosis. Туберкулез поражает в основном легкие и распространяется по воздуху, когда инфицированные лица кашляют, чихают или сплевывают мокроту. Малярия является инфекционным заболеванием, передаваемым переносчиками, простейшими паразитами, и распространяется при укусе самки комара Anopheles. Каждое заболевание - СПИД, туберкулез и малярия - приводят к гибели более миллиона людей в год, в основном в развивающихся странах. При наличии этих инфекций существуют способы лечения, но его стоимость меняется в широких пределах. Лечение туберкулеза и малярии является сравнительно недорогим, но лечение СПИДа требует огромных расходов. Для всех этих патогенов свойственна резистентность к лекарствам.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения систему HS применяют для мониторинга и ограничения распространения инфекционных заболеваний, включая СПИД, туберкулез и малярию. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения эту модель HS используют в развивающихся странах. Общая инфраструктура может быть похожа на инфраструктуру системы, описанную для мониторинга инфекции вирусом гриппа. Данные, вводимые в модель, могут включать фармакокинетические и фармакодинамические (PK/PD) параметры для разных лекарств и комбинаций лекарств, применяемых для лечения указанных заболеваний. В систему FS может быть включена опция проведения анализов на резистентность к лекарствам. Система может также собирать информацию о соблюдении режима лекарственной терапии пациентами. При этом система может определить оптимальный режим лечения для каждого пациента. Снабженный индивидуальным профилем лечения, пациент может лечиться по режиму, направленному на активное лечение или остановку развития заболевания. Другому пациенту может быть назначено лечение, которое является менее оптимальным для достижения быстрого выздоровления, но зато будет проходить по более удобному для пациента режиму (например, меньше лекарств, в том числе, меньше пилюль в день) и позволит в конечном счете достичь длительно действующего результата для этого больного.
Системы FS могут быть расположены в возникающих «горячих точках». «Горячие точки» могут включать, например, области с большим количеством распространяющих инфекцию комаров или области, где люди имеют меньшую возможность защититься от укусов комаров. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения центральные пункты тестирования могут быть расположены в горячих точках. Согласно другим вариантам осуществления изобретения лица, не имеющие доступа к системе на месте, могут сдавать образцы крови на анализ в центральной лаборатории, обладающей необходимыми ресурсами. Эти лаборатории могут быть расположены в горячих точках или вблизи от горячих точек. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения такие лаборатории размещены в передвижных установках, которые могут быть перемещены в места нахождения пациентов.
Системы HS в соответствии с изобретением могут разрабатывать планы действий и рекомендации по контролированию распространения заболевания. Отдельные лица и организации в горячих точках или в областях мониторинга могут получить сведения о заболевании, например, о причинах, способе лечения и способах предотвращения ее распространения. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модели операционной системы предлагают активные предупредительные меры. Например, если система выявляет «горячую точку» появления туберкулеза (?), в это место могут быть доставлено дополнительное количество сеток от комаров, спреев, защищающих от укусов насекомых, инсектицидов или анти-пестицидов. Могут также быть применены вакцинация и профилактическое лечение. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения модель прогнозирует расположение мест, где наиболее вероятно распространение инфекции, что дает возможность провести раннюю или предупредительную вакцинацию в этих областях для профилактики заболевания. Инфицированные лица или группы лиц могут быть взяты под наблюдение или им могут ввести карантин. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения карантин может быть введен в жилищах людей, в больнице или другом медицинском учреждении. Дополнительно, лица, имевшие контакт с инфицированным субъектом, например, его друзья, члены семьи и сотрудники могут быть подвергнуты карантину или активному мониторингу или наблюдению. В некоторых случаях система HS выявляет носителей, то есть лиц, которые заражены, но не имеют выраженных симптомов. Например, около 80% населения Африки дает положительные результаты анализа на туберкулез. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения предложены меры для уменьшения распространения заболевания ее носителями. Например, носителям назначается лечение, их обучают способам уменьшения распространения заболевания, например, они не должны передавать жидкости организма и должны соблюдать гигиену; если нужно их подвергают карантину. Операционная система может рассчитать преимущества, получаемые при осуществлении всех мер, для этого должен быть произведен экономический анализ различных мер.
Системы FS могут анализировать аналиты, специфические для заболевания или заболевания, мониторинг которого проводят. Неограничивающие примеры аналитов, анализируемых при мониторинге СПИДа, туберкулеза и малярии, включают вирус ВИЧ, вирусную РНК ВИЧ, антитела IgM, направленные против ВИЧ, антитела IgG против ВИЧ, CD4, CD8 и/или лекарства. Неограничивающие примеры анализируемых аналитов при мониторинге туберкулеза включают антигены микобактерий туберкулеза, антитела, направленные против микобактерий ТВ, антитела, направленные против ТВ, и гамма-интерферон, уровень которого может повыситься при инфекции. Неограничивающие примеры аналитов в случае малярии включают антигены возбудителя малярии и антитела против малярии. Различные меры, принимаемые при обнаружении СПИДа, включают в частности действия, указанные в Таблице 6.
герпеса
лечение
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения системы в соответствии с изобретением применяют для мониторинга хронических неизлечимых инфекционных заболеваний. Такие заболевания распространяются при контакте с инфицированной кровью и другими инфицированными жидкостями организма. СПИД в настоящее время является неизлечимым заболеванием, но лица, пораженные ВИЧ, иногда могут жить десятки лет благодаря применению противовирусной терапии. Передачу вируса можно снизить более чем на 80% за счет надлежащего применения кондомов, ограничения числа сексуальных партнеров и воздержания. Гепатиты B и C представляют собой хронические заболевания печени, вызванные инфекцией, обусловленной вирусами гепатита B и C, соответственно. Система Health Shield в соответствии с изобретением может быть применена для мониторинга состояния больных гепатитом, аналогично другим инфекционным заболеваниям, описанным в данной заявке. Например, могут быть приняты меры сдерживания распространения заболевания в горячих точках, например, осуществлено просвещение больных, распределение кондомов для остановки распространения гепатита C, которое может происходить при сексуальных контактах. На уровне отдельных лиц можно также проводить их просвещение и терапию или другое вмешательство при ухудшении состояния больных. Например, повреждение печени на поздних стадиях гепатита может увеличиться при злоупотреблении алкоголем. Инфицированные лица должны знать о таком вредном действии алкоголя. Неограничивающие примеры аналитов, подвергаемых анализу при мониторинге гепатита, включают антиген вируса гепатита B, антигены вируса гепатита C, вирусную ДНК гепатита B, вирусную ДНК гепатита C, антитела к поверхностному антигену вируса гепатита B, антитела к поверхностному антигену вируса гепатита C, антитела к белку кора вируса гепатита B, антитела к белку антигена кора вируса гепатита C. Неограничивающие примеры аналитов при мониторинге работы печени включают аспартат-трансаминазу (AST) и аланин-трансамилазу (ALT). Отношение AST/ALT иногда полезно для определения разной степени повреждения печени, когда повышен уровень печеночных ферментов. Например, величина этого отношения более 2 наиболее вероятно связана с алкогольным гепатитом, а величина отношения менее 1,0 наиболее вероятно ассоциируется с вирусным гепатитом.
Специалистам в данной области ясно, что система Health Shield может быть адаптирована для мониторинга и сдерживания распространения любого количества инфекционных агентов с применением описанных подходов. Настоящее изобретение включает в частности мониторинг следующих инфекционных агентов и аналитов: аденовируса Bordello pertussis, Chlamydia pneumoiea, Chlamydia trachomatis, токсина холеры, бета-токсина холеры. Campy lobacter jejuni, цитомегаловируса, токсина дифтерии, ядерного антигена вируса Эпштейна-Барр, раннего антигена вируса Эпштейна-Барр, поверхностного антигена вируса Эпштейна-Барр, Helicobacter Pylori, кора вируса гепатита В (HBV), вируса гепатита В (HBV) в оболочке, поверхностного антигена вируса гепатита В (HBV), кора вируса гепатита С (HCV), антигена NS3 вируса гепатита С (HCV), антигена NS4 вируса гепатита С (HCV), антигена NS5 вируса гепатита С, вируса гепатита А, вируса гепатита D, антигена orf2 вируса гепатита Е (HEV) с молекулярной массой 3 кДа, антигена orf2 вируса гепатиа Е (HEV) с молекулярной массой 6 кДа, антигена orf3 вируса гепатита Е (HEV) с молекулярной массой 3 кДа, антигена р24 вируса иммунодефицита человека (HIV)-1, антигена gp41 вируса иммунодефицита человека (HIV)-1, антигена gp120 вируса иммунодефицита человека (HIV)-1, вируса папилломы человека (HPV), вируса HSV-1/2 простого герпеса, антитела gD вируса HSV-1 простого герпеса, антигена gG вируса HSV-2 простого герпеса, вируса – ½ Т-клеточного лейкоза (HTLV) у человека, вируса гриппа А, вируса гриппа H3N2, вируса гриппа В, вируса болезни Лейшмана-Донована, вируса болезни Лайма, возбудителя кори, М.pneumoniae, M.tuberculosis, вируса парагриппа типа 1, вируса парагриппа типа 2, вируса парагриппа типа 3, вируса полиомиелита, респираторного синцитиального вируса (RSV), вируса коревой краснухи, вируса кори, стрептолизина О, токсина столбняка, возбудителя сифилиса Т.pallidum с молекулярной массой 15 кДа, антигена р47 Т.pallidum, возбудителя cruzi трипаносолиза, возбудителя токсоплазмоза и вируса опоясывающего герпеса (Varicella Zoster).
7. Мониторинг хронических заболеваний и эффективность лечения
В дополнение к мониторингу инфекционных заболеваний Health Shield дает возможность проследить путь развития заболевания у отдельного лица и его/ее реакцию на лечение. Принимая во внимание и существующую генетическую изменчивость, свойственную людям, и нестабильность окружающей человека среды, возможность наблюдения и получения информации о самых важных патофизиологических факторах в ходе заболевания позволяет нам оценить эффективность лечения. Такой мониторинг может помочь убедиться, что средства, выделяемые системой здравоохранения, расходуются на лечение и лекарства, которые дают положительный результат. При применении традиционных лабораторных систем до 50% пациентов не соблюдают режим терапии, назначенный по результатам лабораторного тестирования, и до 60% терапевтических назначений не дают нужного результата. Система HS обеспечивает большее соблюдение пациентами режима лечения за счет применения системы дома у пациента и более высокую эффективность действия лекарств путем ее мониторинга в режиме реального времени. Поскольку система HS обеспечивает тестирование на месте наблюдения, она может способствовать соблюдение режима терапии в соответствии с результатами тестирования.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения интегрированные технологии согласно изобретению используют для осуществления комплекса мер в случае хронических заболеваний, таких как застойная сердечная недостаточность. Такой мониторинг способствует улучшению качества жизни, помогает избежать дорогостоящей госпитализации благодаря принятию предупредительных мер. В случае больных диабетом системы могут осуществлять автоматическое консультирование, способствующее координации и изменению образа жизни, а также обратному развитию заболевания и профилактике осложнений (которые прогнозирует система). При осуществлении более раннего вмешательства можно значительно сократить расходы на здравоохранение. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения такие системы можно применять для мониторинга взаимодействия лекарств у хронических больных, принимающих многие препараты. Эта возможность не только предотвращает появление неблагоприятных реакций на лекарства и способствует снижению расходов в случае осложнений заболевания, но также позволяет более широко применять жизненно важные лекарства для групп населения с хроническими заболеваниями.
Диабет mellitus (сахарный диабет) представляет собой состояние, при котором организм или неспособен продуцировать инсулин или не отвечает на введение инсулина, гормона, вырабатываемого поджелудочной железой, который помогает клеткам абсорбировать глюкозу для того, чтобы превращать ее в энергию. При диабете организм или неспособен надлежащим образом отвечать на введение инсулина, или не вырабатывает достаточное количество инсулина, или и то и другое. Это вызывает накопление глюкозы в крови, приводя к появлению различных осложнений. Острые осложнения, включая гипогликемию, диабетический кетоацидоз или некетотическую гиперосмолярную кому, возникают, если заболевание не контролируется. Серьезные продолжительные осложнения включают сердечно-сосудистые заболевания, хроническую почечную недостаточность, повреждение сетчатки и слепоту, несколько видов повреждения нервов и повреждение микрососудов, которое может вызвать эректильную дисфункцию и плохое заживление ран. Плохое заживление ран, особенно на ступнях, может привести к гангрене и возможной ампутации. В случае диабета 1 типа или юношеского диабета организм не может вырабатывать инсулин. В настоящее время почти все больные диабетом 1 типа должны получать инъекции инсулина. Диабет 2 типа, известный также как диабет зрелого возраста или диабет с поздним началом, возникает в случае наличия резистентности к инсулину, состояния, при котором клетки неспособны адекватно использовать инсулин, иногда этот тип диабета характеризуется относительным дефицитом инсулина. Около 90% американцев, которым был поставлен диагноз диабета, имеют диабет 2 типа. Многие люди, имеющие склонность к развитию диабета 2 типа, многие годы живут в состоянии преддиабета, которое возникает, когда уровень сахара в крови превышает норму, но является недостаточным, чтобы поставить диагноз - диабет 2 типа. В 2009 г. 58 миллионов американцев имели состояние преддиабета.
Преддиабет называют "самой распространенной эпидемией в Америке". Handelsman, Yehuda, MD. A Doctor’s Diagnosis: Prediabetes. Power of Prevention, Vol.1, Issue 2, 2009. Молодые люди часто питаются продуктами с высоким содержанием сахара и жира и страдают ожирением, что может в свою очередь привести к появлению серьезных заболеваний, включая, без ограничения, преддиабет, диабет, болезни сердца. Во многих местах легкий доступ к газированным напиткам с высоким содержанием сахара и к фаст-фуду с высоким содержанием жира ускоряет этот процесс.
Система HS в соответствии с изобретением может быть использована для сдерживания распространения диабета. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения систему применяют для выявления лиц, находящихся в группе большого риска. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система может обнаруживать точки, например, географические точки, населенные пункты, сеть школ или школы, где имеется самый большой риск развития заболевания. В качестве неограничивающего примера рассмотрим систему HS, размещенную в школе. Система FS может применяться в школе, как описано выше для инфекционных заболеваний. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения школьные работники, например школьная медицинская сестра, могут назначать и брать анализы у всех учащихся или у группы учеников, например, учеников в группе риска. Тестирование можно проводить с регулярными интервалами, например, по меньшей мере, один раз в течение учебного года, по меньшей мере, один раз в семестр, по меньшей мере, один раз в квартал, по меньшей мере, ежемесячно, по меньшей мере, каждые три недели, по меньшей мере, каждые две недели, по меньшей мере, еженедельно. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения можно проводить тестирование учащихся с разными интервалами. Например, полное обследование организма учащегося может проводиться с одной частотой, а обследование организма группы студентов, например, находящихся в группе риска от различных факторов, например, ожирения или предыдущих результатов тестирования, может проводиться с другой частотой. Согласно неограничивающему примеру первая частота может означать, по меньшей мере, один раз в течение учебного года, а вторая частота - по меньшей мере, один раз в семестр, по меньшей мере, один раз в квартале или, по меньшей мере, ежемесячно. Может быть применена другая схема, когда группу риска тестируют чаще.
Системы FS, применяемые в учебных заведениях, можно применять для мониторинга различных аналитов, свидетельствующих о наличии риска заболевания, например, уровня гормонов и уровня глюкозы. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения эти показатели измеряют в крови. Неограничивающие примеры выявления аналитов, определяемых в системе FS, включают определение глюкозы, гемоглобина A1c, инсулина, глюкагона, глюкагон-подобного пептида-1 (GLP-1), С-белка, фрагмента молекулы проинсулина, лептина, адипонектина, холестерина, HDL-холестерина, LDL-холестерина и триглицеридов. В систему могут быть введены другие физиологические данные, например, вес, для того, чтобы компонент операционной системы в составе системы HS мог рассчитать степень риска для отдельного лица и для группы лиц. Система может также осуществлять мониторинг лекарственной терапии путем введения схем лечения в профиль лечения пациента или путем непосредственного определения доз лекарств системой FS. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система осуществляет мониторинг изменения любой переменной величины или всех переменных величин во времени.
Когда система HS выявила субъекта, например, студента, или группу населения, например, студентов, которые могут заболеть преддиабетом или диабетом (группа риска), система может рекомендовать план действий. В случае выявления группы населения система может дать предупреждение и/или рекомендовать определенные меры, если степень риска превысит пороговое значение. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения план действий включает консультирование пациентов, лиц, обеспечивающих медицинское обслуживание или других лиц, которые могут повлиять на образ жизни пациента для смягчения последствий заболевания или ее риска. Например, родители или персонал в школах получают соответствующее уведомление. Система может рекомендовать курс терапии или вмешательства, включая физическую нагрузку, снижение веса, изменения системы питания и т.п. В случае группы населения рекомендации могут включать меры по контролю над этой группой, включая, без ограничения, удаление сахаросодержащих напитков со школьной территории, использование полезного для здоровья меню в кафетериях и усиленное физическую нагрузку.
Восприимчивость к диабету 2 типа обусловлена не только неправильным образом жизни, но и другими факторами, например, генетическими. В США такая генетическая изменчивость, например, с учетом коренного населения Америки и популяции испанцев, приводит к наличию потенциального высокого риска. Другие факторы включают окружающие условия. Модель операционной системы может быть расширена для того, чтобы учитывать дополнительные факторы, включая в частности генетические факторы и окружение. Например, модель может быть выполнена с возможностью включения адаптивной выборки неаналитических данных на основе мер, позволяющих снизить риск. Такие меры учитывают в частности вес, историю заболевания, кровяное давление, историю семьи, степень активности, генетическую изменчивость и употребление алкоголя. Модель может включать адаптивную выборку данных, полученных в системе FS при анализе образцов в сочетании с географическим положением, данными о семье, демографическими данными, занятостью, данными о специалистах, обеспечивающих медицинское обслуживание, и другими данными. Подобным образом система может моделировать адаптивное терапевтическое лечение для отдельных лиц и групп населения на основе аналитических данных системы, которые наилучшим образом отражают степень риска. Система может также включать формирование зрительного образа, которое помогает врачу в объяснении пользователю факторов риска и мер для смягчения последствий заболевания, например, терапевтического и/или профилактического лечения и/или вмешательства, потери веса, изменений режима питания, физической нагрузки и других изменений образа жизни. Такая визуализация может включать, например, дерево (схему) принятия решений и теплокарту. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения визуализация показывает степень кумулятивного риска по аддитивным факторам. Пример использования дерева решений для диабета описан в Примере 4. Каждый из этих подходов может быть применен для модели диабета и других хронических или инфекционных заболеваний.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения функции наблюдения на месте и мониторинга в режиме реального времени системы HS могут быть использованы для повышения эффективности клинических испытаний. Экономия времени при помощи системы HS была определена количественно после обычного тестирования и проведения анализа полученных данных фармацевтическими компаниями. Исследования модели показывают, что система HS может привести к уменьшению срока клинических испытаний на несколько лет и сэкономить 100 миллионов долларов в расчете на программу. Кроме того, полученные данные могут обеспечить больший успех и лучшие результаты при мониторинге лекарств за счет выявления групп населения и возможных неблагоприятных событий предупредительным образом.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения предусмотрен способ мониторинга более чем одного фармакологического параметра, пригодного для оценки эффективности и/или токсичности терапевтического агента. Например, терапевтический агент может включать любое вещество, обладающее терапевтическим потенциалом. Такие вещества включают в частности биологические или химические соединения, такие как простые или сложные органические или неорганические молекулы, пептиды, белки (например, антитела) или полинуклеотиды (например, антисмысловые). Может быть синтезирован большой ряд соединений, например, полимеров, таких как полипептиды и полинуклеотиды, и синтетических органических соединений на основе различных фибриллярных структур, они также могут быть включены в число терапевтических агентов. Кроме того, соединения для терапевтического применения присутствуют в различных природных источниках, таких как растительные или животные экстракты и т.п. Следует иметь в виду, хотя это не всегда четко указано, что такие агенты применяют в отдельности или в комбинации с другими агентами, обладающими такой же или другой биологической активностью, что и агенты, обнаруженные методом оригинального скрининга. Применение этих агентов и способы могут сочетаться с другими методами терапии. Например, лекарства с малыми молекулами часто определяются методом масс-спектрометрии, который может быть неточным. Метод анализа ELISA (с применением антител) может быть более точным.
Физиологические параметры по изобретению включают в частности такие параметры, как температура, частота сердцебиения/пульс, кровяное давление и частоту дыхания. Фармакодинамические параметры включают величины концентраций биомаркеров, таких как белки, нуклеиновые кислоты, клетки и маркеры клеток. Биомаркеры указывают на наличие заболевания или они могут быть результатом действия лекарств. Фармакокинетические параметры (РК) в соответствии с изобретением включают в частности концентрацию лекарства и его метаболита. Идентификация и количественное определение РК параметров в образце в режиме реального времени чрезвычайно желательно для определения безопасности и эффективности лекарств. Если величины концентраций лекарства и метаболита находятся за пределами желательного интервала и/или образовались неожиданные метаболиты вследствие непредвиденной реакции на введение лекарства, могут быть необходимы срочные меры для обеспечения безопасности пациента. Точно так же, если фармакодинамические (PD) параметры во время лечения находятся вне желательного интервала, могут быть необходимыми срочные меры.
Возможность мониторинга скорости изменения концентрации аналита или PD или РК параметров в течение какого-то промежутка времени у субъекта или проведение анализа тенденций изменения указанной концентрации, PD или РК параметров, независимо от того, являются ли эти величины концентрацией лекарств или их метаболитов, могут помочь предотвратить возникновение потенциально опасных ситуаций. Например, если аналитом была глюкоза, концентрация глюкозы в образце в данный момент времени может быть очень полезной при прогнозировании и предотвращении, например появления гипогликемии. Такой анализ тенденции изменений широко применяется при определении режима лечения. Когда речь идет о многих лекарствах и их метаболитах, возможно определение тенденций и принятие предупредительных мер часто является желательным.
С помощью системы HS и описанных способов может быть проведен мониторинг ряда других заболеваний и состояний. Например, эта система может быть применена для мониторинга и контролирования распространения микроорганизма, вируса или хламидии. Примеры микроорганизмов включают в частности бактерии, вирусы, грибки и простейших. Аналиты, которые можно анализировать способом по изобретению, включают также патогены, переносимые с кровью, выбранные из неограничивающей группы, которая состоит из Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, резистентных к метициллину Staphylococcus aureus (MSRA), Staphylococcus aureus, Staphylococcus hominis, Enterococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus capitis, Staphylococcus warneri, Klebsiella pneumoniae, Haemophilus influenzae, Staphylococcus simulans, Streptococcus pneumoniae и Candida albicans.
Другие микроорганизмы в соответствии с изобретением охватывают ряд возбудителей заболеваний, передаваемых половым путем, выбранных из гонореи (Neisseria gorrhoeae), сифилиса (Treponena pallidum), хламидиоза (Clamyda tracomitis), негонококкального уретрита (Ureaplasm urealyticum), молочницы влагалища (Candida albicans), венерической язвы (Haemophilus ducreyi), трихомониаза (Trichomonas vaginalis), генитального герпеса (HSV I и II типа), ВИЧ-I, ВИЧ-II и гепатитов A, B, C, G, а также гепатита, вызванного TTV.
Дополнительные микроорганизмы в соответствии с изобретением охватывают множество респираторных патогенов, включая в частности Pseudomonas aeruginosa, резистентный к метициллину Staphlococccus aureus (MSRA), Klebsiella pneumoniae, Haemophilis influenzae, Staphlococcus aureus, Stenotrophomonas maltophilia, Haemophilis parainfluenzae, Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Serratia marcescens, Haemophilis parahaemolyticus, Enterococcus cloacae, Candida albicans, Moraxiella catarrhalis, Streptococcus pneumoniae, Citrobacter freundii, Enterococcus faecium, Klebsella oxytoca, Pseudomonas fluorscens, Neiseria meningitidis, Streptococcus pyogenes, Pneumocystis carinii, Klebsella pneumoniae Legionella pneumophila, Mycoplasma pneumoniae, и Mycobacterium tuberculosis.
Применение Health Shield позволяет определять любое количество биомаркеров. Ниже перечислены примеры таких маркеров по изобретению: теофиллин, CRP, СКМВ, PSA, миоглобин, СА125, прогестерон, ТхВ2, 6-кето-PGF-1-альфа и теофиллин, эстрадиол, лютеинизирующий гормон, триглицериды, триптаза, LDL-холестерин, HDL-холестерин, общий холестерин, IGFR.
Примеры маркеров печени включают в частности LDH (LD5), (ALT), аргиназу 1 (печеночного типа), альфа-фетопротеин (AFP), щелочную фосфатазу, аланинаминотрансферазу, лактатдегидрогеназу и билирубин.
Примеры маркеров почек включают в частности рецептор TNFα, цистатин C, простагландин-D-синтазу липокалинового типа в моче (LPGDS), рецептор фактора роста гепатоцитов, полицистин 2, полицистин 1, фиброцистин, уромодулин, аланин, аминопептидазу, H-ацетил-B-D-глюкозаминидазу, альбумин и ретинолсвязывающий белок (RBP).
Примеры маркеров сердца включают в частности тропонин I (TnI), тропонин Т (TnT), СК, СКМВ, миоглобин, белок, связывающий жирные кислоты (FABP)б CRP, D-димер, белок S-100, BNP, NT-proBNP, РАРР-А, миелопероксидазу (МРО), изофермент гликоген-фосфорилазу ВВ (GPBB), активируемый тромбаном ингибитор фибринолиза (TAFI), фибриноген, альбин, измененный при ишемии (IMA), кардиотропин-1, а также MLC-1 (легкая цепь миозина-I).
Примеры маркеров поджелудочной железы включают в частности амилазу, ассоциированный с поджелудочной железой белок (РАР-1) и белки регенерации (REG).
Примеры маркеров мышечной ткани включают в частности миостатин.
Примеры маркеров крови включают в частности эритропоэтин (ЕРО).
Примеры маркеров резорбции и образования кости включают в частности телопептид костного коллагена, лизил-пиридинолин (дезоксипиридинолин), пиридинолин, резистентную к тартратам кислую фосфатазу, пропептид проколлагена типа I C, пропептид проколлагена типа I N, остеокальцин (gla-белок кости), щелочную фосфатазу, катепсин K, СОМР (олигомерный матриксный протеин хряща), остеокрин, остеопротегерин (OPG), RANKL, sRANK, TRAP 5 (ТРАСР 5), специфический фактор 1 остеобластов (OSF-1, плейотрофин), растворимые молекулы клеточной адгезии, sTfR, sCD4, sCD8, sCD44 и специфический фактор 2 остеобластов (OSF-2, периостин).
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения маркеры в соответствии с изобретением являются специфическими по отношению к заболеванию. Примеры маркеров раковой болезни включают в частности PSA (общий простатический специфический антиген), креатинин, простатическую кислую фосфатазу, комплексы PSA, простатический специфический ген-1, СА 12-5, карциноэмбрионный антиген (СЕА), альфа-фетопротеин (AFP, hCG (человеческий хорионный гонадотропин), ингибин, САА Ovarian C1824, СА 27.29, СА 15-3, маркер С1924 САА рака груди, Her-2, Pancreatic, СА 19-9, САА pancreatic, нейрон-специфическую энолазу, ангиостатин, DcR3 (растворимый рецептор-приманка), эндостатин, Ер-САМ (МК-1), свободную легкую цепь каппа иммуноглобулина, свободную легкую цепь лямбда иммуноглобулина, герстатин хромогранин A, адреномедуллин, интегрин, рецептор эпидермального фактора роста, комплекс эпидермального фактора роста и тирозинкиназы, N-концевой 20 пептид проадреномедуллина, фактор роста эндотелия сосудов, рецептор фактора роста эндотелия сосудов, рецептор фактора роста стволовых клеток, c-kit/KDR, KDR и мидкин.
Примеры инфекционных болезненных состояний включают в частности виремию, бактериемию, сепсис и маркеры: эластазу PMN, комплекс эластаза PMN/α1-PI, поверхностный белок D (SP-D), антиген HBVc, антиген HBVs, антитело к HBVc, антитело к ВИЧ, антиген супрессорных Т-клеток, отношение антигенов Т-клеток, антиген Т-хелперов, антиген к HCV, пирогены, антиген р24, мурамил-дипептид.
Примеры маркеров диабета включают в частности С-белок, гемоглобин A1c, гликированный альбумин, конечные продукты продвинутого гликозилирования (AGEs), 1,5-ангидроглюцитол, желудочный ингибирующий полипептид, глюкозу, гемоглобин, ANGPTL3 и 4.
Примеры маркеров воспаления включают в частности TNF-α, IL-6, IL1β, ревматоидный фактор (RF), антинуклеарное антитело (ANA), маркеры острой фазы, включая C-реактивный белок (CRP), клеточный протеин Clara (интраглобин).
Примеры маркеров аллергий включают в частности общий IgE и специфический IgE.
Примеры маркеров аутизма включают в частности церулоплазмин, металлотионеин, цинк, медь, В6, В12, глютатион, щелочную фосфатазу и активированную ало-щелочную фосфатазу.
Примеры маркеров нарушения коагуляции включают в частности b-тромбоглобулин, тромбоцитарный фактор 4, фактор Фон Виллебранда.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения маркер может быть специфическим по отношению к определенному виду терапии. Ингибиторы СОХ включают в частности ТхВ2 (Сох-1), 6-кето-PGF-1-альфа (Сох-2), 11-дегидро-TxB-1a (Сох-1).
Другие такие маркеры включают в частности лептин, рецептор лептина и прокальцитонин, белок S100 мозга, вещество P, 8-изо-PGF-2а.
Примеры маркеров старения включают в частности специфическую к нейронам энолазу, GFAP и S100B.
Примеры маркеров состояния питания включают в частности преальбумин, альбумин, ретинол-связывающий белок (RBP), трансферрин, стимулирующий ацилированный белок (ASP), адипонектин, белок, родственный белку агути (AgRP), ангиопоэтин-подобный белок-4 (ANGPTL4, FIAF), С-белок, AFABP (адипоцит-специфичный белок, связывающий жирные кислоты), EFABP (белок, связывающий жирные кислоты в эпидермисе, FABP5), глицентин, глюкагон, глюкагон-подобный пептид-1, глюкагон-подобный пептид-2, грелин, инсулин, лептин, рецептор лептина, PYY, RELMs, резистин и sTfR (растворимый рецептор трансферрина).
Примеры маркеров липидного метаболизма включают в частности аполипопротеины (несколько) Apo-A1, Apo-B, Apo-C-CII, Apo-D, Apo-E.
Примеры маркеров состояния коагуляции включают в частности фактор I, фибриноген, фактор II, протромбин, фактор III, тканевый фактор, фактор IV, кальций, фактор V, проакселерин, фактор VI, фактор VII, проконвертин, фактор VIII, анти-гемолитический фактор, фактор IX, рождественский фактор, фактор X, фактор Стюарта-Прауера, фактор XI, предшественник плазменного тромбопластина, фактор XII, фактор Хагемана, фактор XIII, фибрин-стабилизирующий фактор, прекалликреин, высокомолекулярный кининоген, белок C, белок S, D-димер, активатор тканевого плазминогена, плазминоген, а2-антиплазмин, ингибитор 1 активатора плазминогена (PAI1).
Примеры моноклональных антител являются моноклональные тела к EGFR, ErbB2 и IGF1R.
Примеры ингибиторов тирозин-киназы включают в частности Ab1, Kit, PDGFR, Src, ErbB2, ErbB4, EGFR, EphB, VEGFR1-4, PDGFRb, FLt3, FGFR, PKC, Met, Tie2, RAF, и TrkA.
Примеры ингибиторов серин-треолин-киназ включают в частности АКТ, Aurora A/B/B, CDK, CDK (pan), CDK1-2, VEGFR2, PDGFRb, CDK4/6, MEK1-2, mTOR, и РKС-beta.
Целевые рецепторы GPCR включают в частности рецепторы гистамина, рецепторы серотонина, рецепторы ангиотензина, адренорецепторы, мускариновые ацетилхолиновые рецепторы, рецепторы GnRH, рецепторы дофамина, рецепторы простагландина и рецепторы ADP.
Поскольку HS включает ряд интегрированных технологий, которые могут быть быстро адаптированы для проведения дополнительных анализов, система предлагает пакет настраиваемых технологий, отличающийся от других систем, доступных к настоящему времени. Например, системы, которые фокусируются на конкретной технологии/применении, имеют большие сложности с их широким использованием для улучшения результатов и снижения расходов на борьбу с заболеваниями.
8. Система картриджей "полевой" системы (Field System)
(а) Инструментальный комплекс "полевой" системы
Адаптированные картриджи, используемые в системе FS, описаны в заявке США на патент №11/389409, поданной 24 марта 2006 г. под названием "POINT-OF-CARE-FLUIDIC SYSTEMS AND USES THEREOF", в заявке США на патент №11/746535, поданной 9 мая 2007 г. под названием "REAL-TIME DETECTION OF INFLUENZA VIRUS" и в заявке США на патент №12/244723, поданной 2 октября 2008 г. под названием "MODULAR POINT-OF-CARE DEVICES, SYSTEMS AND USES THEREOF". Подробные характеристики этих картриджей описаны в данной заявке.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения устройство, используемое в системе FS в соответствии с изобретением, представляет собой прибор для автоматического детектирования аналита в пробе жидкости организма и включает набор имеющих адрес ячеек для проведения химической реакции, дающей определимый сигнал, свидетельствующий о присутствии или об отсутствии аналита. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения в устройстве присутствует набор ячеек для помещения реагентов, к каждой из которых обращаются для обнаружения соответствия с одной или более ячейками для анализа, с тем, чтобы отдельные ячейки для реагентов могли быть откалиброваны до размещения набора этих ячеек в устройстве. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из ячеек для анализа и, по меньшей мере, одна из ячеек для реагентов являются подвижными по отношению друг к другу, так что реагенты для химической реакции автоматически входят в контакт с пробой жидкости организма в ячейке для анализа. К набору ячеек для анализа или ячеек для помещения реагента могут обращаться в соответстии с химической реакцией, которая должна быть проведена в ячейке для анализа.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения устройство является автономным и содержит все реагенты, компоненты жидкой и твердой фаз, необходимые для параллельного проведения множества анализов. В случае необходимости устройство позволяет проводить, по меньшей мере, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 500, 1000 или более анализов. Могут быть проведены параллельно один или несколько контрольных анализов в случае необходимости.
Анализы могут включать количественные иммунологические анализы и осуществляться в небольшой промежуток времени. Другие виды анализов включают в частности определение последовательностей нуклеиновых кислот и определение метаболитов, таких как холестерин и ферменты, например, аланин-аминотрансфераза. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения анализ завершается не более чем за 1 ч, предпочтительно, менее чем за 30, 15, 10 или 5 мин. Согласно другим вариантам осуществления изобретения анализ занимает менее 5 мин. Продолжительность анализа можно регулировать в соответствии с его видом. Например, если необходима большая чувствительность, анализируемая проба подвергается инкубации в течение промежутка времени от одного часа до более чем одного дня. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения анализы, которые требуют большего времени, лучше проводить в других местах наблюдения за пациентом, например, в домах больных, чем в клиническом месте наблюдения за пациентом.
Система или приборы в соответствии с изобретением могут использовать любую жидкость организма, которая может содержать нужный аналит. Широко применяемые жидкости организма включают в частности кровь, сыворотку, слюну, мочу, желудочную жидкость и пищеварительный сок, слезы, стул, семенную жидкость, вагинальное отделяемое, внутритканевую жидкость, полученную из опухолевой ткани, и спинномозговую жидкость.
Образец жидкости из организма берут у пациента и помещают в прибор различными путями, включая в частности применение скарификатора, инъекцию или использование пипетки. В данной заявке термины «субъект» и «пациент» являются взаимозаменяемыми и относятся к позвоночным, преимущественно к млекопитающему, предпочтительно к человеку. Млекопитающие включают, без ограничения, грызунов, обезьян, людей, сельскохозяйственных животных, спортивных животных и домашних животных. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения кожу пациента прокалывают ланцетом и берут пробу, используя, например, силу тяжести, капиллярное действие, аспирацию или вакуум. Ланцет может быть частью прибора, частью системы или же храниться отдельно. При необходимости ланцет приводят в действие по механическому, электрическому, электромеханическому или другому известному механизму активации, или с применением комбинации этих методов. Согласно другому варианту осуществления изобретения, когда не требуется активного действия, пациент просто помещает образец жидкости организма в устройство, например, образец слюны. Пробу жидкости можно поместить в ячейку для сбора образцов. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения устройство включает, по меньшей мере, одну микроскопическую иглу для прокола кожи.
Объем жидкости организма, помещаемой в прибор, обычно составляет менее 500 мкл, часто от 1 до 100 мкл. Если это желательно, для определения аналита можно брать образец объемом от 1 до 50 мкл, от 1 до 40 мкл, от 1 до 30 мкл, от 1 до 10 мкл или даже от 1 до 3 мкл.
Согласно одному варианту осуществления изобретения объем жидкости для определения аналита в приборе равен объему одной капли жидкости. Например, образец для анализа в приборе, системе или при осуществлении способа в соответствии с изобретением, может представлять собой каплю крови, взятую из пальца.
Образец жидкости организма отбирают у субъекта и помещают в прибор в соответствии с изобретением способом, описанным ниже.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения набор ячеек для анализа и реагентов представляет собой комбинацию для получения оптимальных вариантов. Элементы для анализа могут включать, по меньшей мере, одну поверхность «захвата», способную реагировать с аналитом в образце жидкости организма. Ячейка для анализа может быть трубчатым наконечником, содержащим поверхность захвата. Пример таких наконечников описан в данной заявке. Ячейка для анализа обычно содержит жидкие или твердые реагенты, необходимые для определения данного аналита. Каждая отдельная ячейка для реагентов и анализа может быть индивидуальной. При компоновке прибора ячейки собираются точно вовремя для использования в интегрированных картриджах.
Могут быть приготовлены отдельные компоненты, как жидкие, так и твердые, и помещены для хранения. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения сборка устройств производится по требованию на производстве. Устройство может быть модульным и включать корпус, общий для всех элементов для анализа, таких как наконечники, и элементов для реагентов, таких как хрупкие контейнеры или пригодные к эксплуатации контейнеры, которые включают жидкие реагенты. В некоторых случаях готовое устройство тестируют для верификации калибровки (отношение реакции системы на известный уровень аналита). Устройства для анализа могут быть собраны по требованию из заранее изготовленных и калиброванных элементов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения подводящие пути для жидкостей в устройстве могут быть элементарными, устраняющими любую возможность захвата пузырьков и обеспечивающими эффективную смывку избытка меченых реагентов при проведении таких анализов, как ELISAs.
Корпус прибора FS в соответствии с изобретением может быть выполнен из полистирола или другого способного к формованию и механической обработке пластика, он должен иметь определенную емкость для размещения блоков для анализа и для реагентов. Неограничивающие примеры полимерных материалов включают полистирол, поликарбонат, полипропилен, полидиметилсилоксаны (PDMS), полиуретан, поливинилхлорид (PVC), полисульфон, полиметилметакрилат (РММА) и сополимер акрилонитрила с бутадиеном и стиролом (ABS), а также стекло.
Устройство или его компоненты могут быть изготовлены разными методами, включая в частности штамповку, инжекционное формование, профилирование, литье, формование с раздувом, механическую обработку, сварку, ультразвуковую сварку и термическое соединение. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения устройство изготавливают путем инжекционного формования, термического соединения и ультразвуковой сварки. Элементы устройства могут быть соединены друг с другом путем термического соединения, ультразвуковой сварки, гуммирования (монтажа под давлением), склеивания или, в случае некоторых субстратов, например, стекла или полужестких или нежестких полимерных субстратов, за счет природной адгезии между двумя компонентами.
Пример устройства, описанного в данной заявке, показан на Фиг.5. Устройство 100 иногда называют в настоящем описании картриджем 100. Устройство 100 включает корпус 130, в котором помещены ячейки 121 для анализа и ячейки 103, 122, 124, 125 для реагентов. На Фиг.5 ячейки 121 для анализа находятся в центре корпуса 130 устройства 100. Ячейки 121 для анализа могут включать по меньшей мере один компонент 126 для калибровки. В представленном варианте осуществления ячейки 121 для анализа похожи на наконечники пипеток и называются наконечниками 121 для анализа, а ячейки 126 для калибровки называются наконечниками 126 для калибровки, однако ячейки 121 для анализа могут иметь любые форму и размер и могут быть размещены в устройстве 100 в соответствии с изобретением. Ячейки 121 для анализа и ячейки 126 для калибровки описаны более подробно ниже. Ячейки 121 для анализа, как показано на Фиг.5, могут содержать поверхность захвата и способны, например, к проведению в них химической реакции, например, при определении нуклеиновых кислот, и иммунологических анализов. Ячейки 121 для анализа размещены в корпусе в соответствии с инструкциями по проведению анализа по указанию пользователя.
Как показано на Фиг.5, корпус устройства 100 может включать ячейки 110 для сбора образцов, содержащие образцы. Образец, например образец крови, может быть помещен в ячейку 110. Наконечник 111 для образцов (например, кончик пипетки для компонента передачи жидкостей, описанного более подробно ниже) может занимать другую часть корпуса 130. Перед проведением анализа наконечник 111 может распределять образец в ячейки 103, 104, 105, 106, 107 для предварительной обработки или в ячейки 121 для анализа. Примеры ячеек 103, 104, 105, 106, 107 для предварительной обработки включают в частности ячейки 107 для смешивания, ячейки 103, 104 для разведения или помещения разбавителей, и, если образцом является кровь, ячейки 105, 106 для отделения плазмы. Ячейки 103, 104, 105, 106, 107 для предварительной обработки могут быть одного типа или разных типов. Другие ячейки 103, 104, 105, 106, 107 для предварительной обработки, необходимые для осуществления химической реакции, могут помещаться в устройство 100, что очевидно для специалиста в данной области. Ячейки 103, 104, 105, 106, 107 могут содержать различные количества реагентов или разбавителей в зависимости от вида анализа в картридже 100.
Часто ячейки 121 для анализа могут быть изготовлены отдельно от корпуса 130 и затем помещены в корпус 130 с помощью манипулятора для захвата и перемещения деталей. Ячейки 121 для анализа могут плотно прилегать к корпусу 130 или могут находиться в свободном положении в корпусе 130. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения корпус 130 изготавливают таким образом, что в нем ячейки 103, 122, 124, 125 для реагентов и/или ячейки 121 для анализа закреплены на месте, например, во время перевозки или манипуляций с картриджем. Ячейки 103, 122, 124, 125 для реагентов на Фиг.5 содержат конъюгат 122 для реагентов (например, для проведения иммунологического анализа), реагент 125 для промывки (например, для промывки указанного конъюгата на поверхностях захвата) и субстрат 124 (например, субстрат для фермента). Далее на Фиг.5 показаны другие варианты осуществления устройства 100 и его элементов. Ячейки 103, 122 для реагентов могут быть изготовлены отдельно от корпуса 130 и затем помещены в корпус 130. Таким образом, картридж 100 может быть выполнен в виде модуля, что повышает гибкость применения картриджа 100 для проведения различных анализов. Реагенты 103, 122, 124, 125 для помещения в ячейки выбирают в зависимости от вида анализа. Примеры реагентов и видов анализа описаны в данной заявке.
Устройство, показанное на Фиг.5, может включать другие компоненты, необходимые для осуществления химической реакции. Например, если ячейки 121 для анализа представляют собой наконечники 121, устройство может включать контактные вкладыши 112 для удаления избытка образца или реагента с поверхности наконечника для анализа 121 или наконечника 111 для образцов после передачи жидкости. Корпус 130 может также включать элементы или участки 101, 102 в устройстве 100 для помещения использованного наконечника или ячейки для того, чтобы избежать перекрестного загрязнения наконечника 111 для образцов или ячейки 121 для анализа. На Фиг.5 устройство 100 включает наконечник 111 для образцов, передающий образец в элементы устройства 100. Устройство 100 на Фиг.5 включает также наконечник 113 для предварительной обработки для перемещения предварительно обработанного образца в элементе устройства 100 в другие элементы этого устройства для осуществления химической реакции. Например, наконечник 111 для образцов можно применять для забора образца крови из ячейки для сбора образцов 110 и передачи образца крови в ячейки 103, 104, 105, 106, 107 для предварительной обработки. Эритроциты могут быть выделены из образца крови в ячейках 103, 104, 105, 106, 107, а наконечник 113 для предварительной обработки затем может быть использован для сбора плазмы крови из ячеек 103, 104, 105, 106, 107 для предварительной обработки и передачи плазмы крови в другой элемент для предварительной обработки (например, в ячейку для разбавителя) 103, 104, 105, 106, 107 и/или в, по меньшей мере, одну ячейку 121 для анализа. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения наконечник 111 для образцов представляет собой наконечник 110 для сбора образцов. Согласно другому варианту осуществления изобретения ячейка для сбора образцов похожа на лунку и содержит образец, полученный пользователем.
Ячейки 121 для анализа и ячейки 103, 122, 124, 125 для реагентов, как показано на Фиг.5, могут иметь адрес, показывающий место расположения этих элементов в картридже 100. Например, устройство 100 может включать элемент (ячейку) 121 для анализа для проведения определения C-реактивного белка и может включать соответствующие ячейки 103, 122, 124, 125 для реагентов, причем указанные ячейки соответствуют друг другу. Адреса могут, например, быть введены в компьютер и сохранены в компьютере, и устройство 100 может иметь этикетку, например, штрихкод. При сканировании штрихкода устройства 100 компьютер посылает адрес элемента системы, такого, как описанные в данной заявке, для передачи жидкостей и проведения реакции согласно адресам, введенным в систему. Адреса могут входить в состав протокола, посылаемого для начала работы системы. Адреса могут быть в любой конфигурации и по необходимости могут быть изменены в случае изменения протокола проведения анализа, что, в свою очередь, может привести к изменению протокола или его стадий для пользователя картриджа, который не был доступные в известных устройствах места наблюдения за пациентом. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения корпус 130 и его элементы выполнены в виде набора из 6-8 элементов, как показано на Фиг.5. Ячейки могут быть любой формы, например, прямоугольной, или могут иметь произвольную конфигурацию. Картридж 100 может включать любое число элементов (ячеек), например, от 1 до примерно 500. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения картридж содержит от 5 до 100 элементов. На Фиг.5 представлен картридж 100, имеющий 48 элементов.
Два боковых разреза устройства 200 (Фиг.5) показаны на Фиг.6А и 6B. Корпус 220 устройства вмещает элементы (ячейки) 201 для анализа (например, наконечники), расположенные вертикально (корпус расположен горизонтально) с выступами в направлении верхней части устройства 200. Как показано на Фиг.6, полость корпуса может иметь такую форму, которая позволяет поместить ячейку 210, 212 для реагентов или ячейку для сбора реагентов или наконечник 202. В корпусе 220 могут быть приспособления для точного помещения ячеек. Такие приспособления могут действовать с помощью механизма для перемещения наконечников, такого как элемент для захвата и установки ячейки. Согласно другому варианту осуществления изобретения ячейка для сбора образцов включает сгибаемый или разрушающийся элемент, который служит для защиты небольшой трубки для сбора образцов во время перевозки и для удержания поршня на месте в капиллярной трубке. Как показано на Фиг.6А, существуют два варианта ячеек 210, 212 для реагентов, которые описаны в данной заявке. Низ корпуса 220 может иметь форму, позволяющую собирать жидкие отходы, например, жидкость для промывки после ее использования, которые передаются назад через отверстие в корпусе 220, на его дно. Корпус 220 может включать адсорбент для сбора жидких отходов. Ячейки 201 для анализа и ячейки для образцов могут быть расположены так, чтобы они соответствовали полости корпуса 220 в устройстве 200, и выходить за пределы внутренней поддерживающей структуры. Ячейки 210, 212 для реагентов расположены в корпусе, как показано на Фиг.6 и не выходят за пределы внутренней поддерживающей структуры. Корпус 220 и элементы, где расположены ячейки 201 для анализа и ячейки 210,212 для реагентов, могут быть адаптированы для различных схем.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения наконечник предназначен для одного анализа и может образовать пару с соответствующим реагентом для анализа или соответствовать ему. Некоторые наконечники предназначены для ячеек для контрольного анализа и содержат известные количества аналита, связанного с поверхностью захвата в процессе изготовления или во время анализа. Контрольный анализ проводится для сравнения. Ячейка для проведения контрольного анализа может содержать, например, поверхность захвата и аналит в твердом или жидком виде.
Согласно многим вариантам осуществления изобретения устройство содержит все реагенты и жидкости, требующиеся для анализа. Например, при проведении метода ELISA с люминогенными реакциями реагенты в устройстве могут включать разбавитель для образца, поверхности захвата (например, три антитела для захвата), конъюгат-детектор (например, три антитела, меченных ферментами), раствор для промывки и субстрат-фермент. По необходимости могут быть помещены дополнительные реагенты.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения в устройство могут быть введены реагенты для предварительной обработки образцов. Примеры таких реагентов включают в частности реагенты для лизиса лейкоцитов, реагенты для лизиса эритроцитов, реагенты для удаления эритроцитов, реагенты для освобождения факторов связывания из аналитов в образце, ферменты и детергенты. Реагенты для предварительной обработки могут быть добавлены к разбавителю, находящемуся в устройстве.
Отдельная ячейка для реагентов может включать подвижную ячейку для анализа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения ячейка для анализа включает полый цилиндрический элемент с открытым концом, содержащий поверхность захвата и кювету для реакции. Цилиндрическая ячейка может называться наконечником для анализа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения ячейка для анализа предназначена для проведения иммунологического анализа. Ячейка 301 для анализа, которая представляет собой небольшой наконечник или трубчатый элемент, показана на Фиг.7А. В некоторых вариантах осуществления изобретения наконечник 301 выполнен с возможностью создания внутренней цилиндрической поверхности 311 захвата и утолщения 321, способного контактировать с корпусом устройства. В некоторых вариантах осуществления изобретения утолщение 321 и наконечник 301 контактируют с механизмом перемещения наконечника 301 или, например, с приспособлением для передачи жидкости. Наконечник для анализа, показанный на Фиг.7А, может иметь на дне отверстие 331. Отверстие 331 может быть использовано для передачи жидкостей или реагентов в ячейку 301 для анализа или из этой ячейки. Описанная ячейка 301 для анализа или ячейка, похожая на кончик пипетки, содержат поверхность 311 захвата для определения аналита в образце.
Наконечник 301 может быть изготовлен литьем под давлением. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения наконечник 301 изготовлен из прозрачного полистирола и применяется для хемилюминесцентного анализа. Как показано на Фиг.7А, наконечник 301 имеет утолщение (показано как большая верхняя часть наконечника 301), которое может контактировать с корпусом и, например, с заостренными элементами ячейки для передачи жидкости и/или с пипетками с образованием герметичного соединения. Как также показано на Фиг.7А, наконечник 301 имеет меньшую цилиндрическую часть. Согласно многим вариантам осуществления изобретения поверхность захвата для анализа находится в этой меньшей цилиндрической части. Поверхность захвата для анализа может быть в любом месте наконечника 301 или вне наконечника 301. Поверхность наконечника 301 может иметь различную геометрическую форму, включая цилиндрическую, кубическую или пирамидальную. При проведении хемилюминесцентного и флуоресцентного анализов наконечник 301 может служить удобным средством для передачи продукта анализа в оптическую систему.
На Фиг.7B показана ячейка 302 для сбора образцов, включающая наконечник 302. Наконечник 302, показанный на Фиг.7B, может быть отделен от ячейки 302 для сбора образцов, и он может применяться для передачи образца из этой ячейки в другие ячейки устройства. Наконечник, изображенный на Фиг.7B, имеет утолщение 322, соединяющее наконечник 302 с корпусом устройства и устройством для передачи жидкостей. Наконечник 302 имеет также отверстие 332, позволяющее осуществлять передачу жидкостей или образцов в наконечник и из наконечника. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения наконечник 302 имеет такую же форму, что и наконечник 301 для анализа. Согласно другим вариантам осуществления изобретения (таким, как показанные на Фиг.7А и 7B), наконечник 302 для образцов имеет форму, отличающуюся от формы наконечника 301 для анализов.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения одна из функций наконечника состоит в том, чтобы привести образцы и жидкие реагенты в контакт с поверхностью захвата в ячейке для анализа. Перемещение может быть осуществлено рядом способов, включая в частности капиллярное действие, аспирацию и контролируемую подкачку. Небольшой размер наконечников позволяет быстро проконтролировать требующуюся температуру химической реакции. Передача и/или поддержание тепла могут быть осуществлены путем простого помещения наконечника в блок или камеру с контролируемой температурой.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения наконечник способен вместить примерно 1-40 мкл жидкости. Согласно другому варианту осуществления изобретения наконечник может вмещать примерно 5-25 мкл жидкости. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения наконечник содержит 20 мкл жидкости. В некоторых вариантах осуществления изобретения он вмещает 1 мкл жидкости или меньше. В других вариантах осуществления изобретения наконечник может содержать до 100 мкл жидкости.
В случае необходимости кончик наконечника может быть покрыт абсорбирующим материалом (например, введенным в одноразовый картридж) перед введением следующего компонента для анализа, для того, чтобы избежать загрязнения небольшим количеством образца и/или реагента. Благодаря физическим силам любая жидкость, втягиваемая в наконечник, может удерживаться в любом месте наконечника с минимальным риском отекания, даже когда наконечник находится в вертикальном положении.
Ячейка для анализа (например, наконечник) может иметь покрытие на основе реагентов захвата с использованием жидких сред, используемых при проведении анализа (покрытие получают, например, за счет контролируемой капиллярности или механического всасывания).
Поверхность захвата (называемая также реакционным сайтом) может быть образована антителом, участвующим в связывании, или другими реагентами захвата, связанными ковалентными связями или силами адсорбции с ячейкой для анализа. Затем поверхность может быть высушена, и она поддерживается в сухом состоянии до проведения анализа. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения имеется реакционный сайт для каждого определяемого аналита.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ячейка для анализа может перемещаться для контакта с ячейкой для реагентов и/или с ячейкой для сбора образцов, реагент или образец могут взаимодействовать с реакционным сайтом, где связанные зонды могут определить нужный аналит в образце жидкости организма. Реакционный сайт дает сигнал о наличии или величине концентрации аналита, который может быть обнаружен прибором для детектирования.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения место расположения и конфигурация реакционного сайта являются очень важными для работы устройства. Большинство, если не все, одноразовые приборы для иммунологических анализов имеют интегрированную в них поверхность захвата.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения сформованная из пластика ячейка для анализа или является доступной в продаже, или может быть изготовлена методом инжекционного формования с получением точных размеров и формы. Например, диаметр может составлять 0,05-3 мм, а длина - от 3 до 30 мм. Ячейки могут содержать покрытие на основе реагентов захвата, полученное способом, похожим на способ покрытия микропланшетов, но преимущество данного способа состоит в том, что он может быть осуществлен в большом объеме при помещении ячеек в большой сосуд, добавлении реагентов для покрытия и обработки с применением сит, держателей и т.п., для извлечения изделий и промывки, если она необходима.
Ячейка для анализа может являться жидким субстратом, на котором иммобилизуется реагент. Она может иметь нужные характеристики в отношении воздействия света. Например, такая ячейка может быть изготовлена из такого материала, как функционализованное стекло, Si, Ge, GaAs, GaP, SiO2, SiN4, модифицированный кремний, или любого другого материала, выбранного из широкого круга гелей или полимеров, таких как политетрафторэтилен, поливинилиденфторид, полистирол, поликарбонат, полипропилен, полиметилметакрилат, сополимер акрилонитрила с бутадиеном и стиролом или их комбинаций. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ячейка для анализа изготовлена из полистирола. Могут быть также использованы другие подходящие материалы. Может быть предпочтительным прозрачный сайт реакции. Кроме того, поверхность может быть матовой и/или, предпочтительно, рассеивающей свет, если есть отверстие, пропускающее свет от оптического детектора.
Иммобилизованный на поверхности захвата реагент может быть любым реагентом пригодным для определения аналита в образце жидкости организма. Например, такие реагенты включают в частности нуклеиновые кислоты, антитела, рецепторы клеточных мембран, моноклональные антитела и антисыворотку, реагирующую со специфическим аналитом. Можно применять различные коммерчески доступные реагенты, такие как хозяин поликлональных и моноклональных тел, специально созданный для используемых аналитов.
Специалисту в данной области ясно, что существует много способов иммобилизации различных реагентов на субстрате, где происходит реакция. Иммобилизация может быть ковалентной или нековалентной, через линкер или реагенты могут быть связаны с иммобилизующим субстратом. Неограничивающие примеры фрагментов связывания для присоединения или нуклеиновых кислот или белковых молекул, таких как антитела, к твердому субстрату включают стрептавидин или авидин/биотин, карбаматы, сложные эфиры, амиды, тиолэфиры, (N)-функционализованную тиомочевину, функционализованный малеимид, амины, дисульфиды, гидразоны и другие. Кроме того, в нуклеиновую кислоту непосредственно на субстрате, таком как стекло, может быть введен силильный фрагмент известными из уровня техники методами. Иммобилизация на поверхности может быть также достигнута с помощью поли-L-лизина, который обеспечивает соединение с поверхностью.
Ячейки для анализа могут быть высушены после последней стадии введения поверхности захвата. Например, сушка может происходить при выдержке в сухой атмосфере или с помощью вакуума и/или при пропускании чистого сухого воздуха через распределительную гребенку.
Согласно многим вариантам осуществления изобретения ячейка для анализа изготовлена так, что она способна вмещать большой объем и быстро обеспечивать результаты анализа. Например, на наконечники могут наноситься покрытия на поверхность захвата наконечника, наружную или внутреннюю, при нахождении их в наборе. Согласно другому варианту осуществления изобретения наконечники помещают на движущуюся ленту или на вращающийся стол для обработки. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения большой набор наконечников может быть соединен с распределительной гребенкой для подвода вакуума или давления.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ячейка для анализа может быть функционально соединена с устройством для передачи жидкости. Это устройство для передачи жидкости может работать автоматически без вмешательства человека. В ячейке для анализа, содержащей наконечники, контроль установившейся высоты жидкости в наконечнике проводится при присоединении головки наконечника к распределителю жидкости. Устройство для передачи жидкости может включать наконечник. В некоторых вариантах осуществления изобретения глубина погружения наконечника в жидкость, которую нужно переместить, должна быть известна, чтобы свести к минимуму контакт жидкости с наружной поверхностью наконечника, что может быть неконтролируемым. Для соединения наконечника с устройством для передачи жидкости на дне конусообразного соединительного элемента с соплом может быть сформован твердый «стопор». Герметичное соединение может быть выполнено в виде O-образного кольца на середине расстояния до конуса или в плоскости сопла. Модульное устройство и устройство для передачи жидкости могут осуществлять многие виды анализов параллельно.
Ячейки для реагентов в устройстве могут содержать (хранить) реагенты, требуемые для осуществления данной химической реакции для определения нужного аналита. Жидкие реагенты могут быть помещены в небольшие капсулы, которые могут быть выполнены из различных материалов, включая в частности пластики, такие как полистирол, полиэтилен или полипропилен. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения ячейки для реагентов представляют собой цилиндрические стаканы. Два примера ячейки 401, 402 для реагентов чашеообразной формы показаны на Фиг.8А и 8B. В случае необходимости ячейки 401, 402 могут плотно прилегать к корпусу устройства. Ячейки 401, 402 могут быть герметизированы, чтобы избежать расплескивания реагентов 411, 412. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения герметизирующее уплотнение выполнено из алюминированного пластика и оно может быть присоединено к чашеобразному элементу методом термического соединения. Ячейка может быть любой формы, если это необходимо для помещения в нее реагента. Например, ячейка 401 для реагентов цилиндрической формы показана на Фиг.8А, ячейка для реагентов содержит жидкий реагент 412. Ячейки 401, 402 для реагентов имеют легкие модификации вблизи верхней поверхности, что обеспечивает их плотное прилегание к корпусу описанного устройства.
Согласно многим вариантам осуществления изобретения ячейки являются средствами модульного типа. Ячейка для реагентов может быть выполнена с возможностью ее изготовления в больших объемах очень быстро. Например, многие такие ячейки могут быть одновременно заполнены и герметизированы в большом масштабе. Ячейки для реагентов заполняются в соответствии с видом проводимого(-ых) анализа или анализов. Например, если один пользователь хочет провести анализы, отличающиеся от анализов для другого пользователя, ячейки для реагентов могут быть изготовлены в соответствии с требованиями каждого пользователя при отсутствии необходимости изготовления всего устройства. Согласно другому варианту осуществления изобретения ячейки для анализа могут быть помещены на движущуюся ленту или вращающийся стол для их серийной подготовки.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения ячейки для реагентов помещают в полость корпуса устройства. В этом случае герметизируют части корпуса, окружающие ячейки.
В соответствии с настоящим изобретением реагенты включают в частности буферы для промывки, субстраты-ферменты, буферы для разведения, конъюгаты, конъюгаты, меченные ферментами, ДНК-амплификаторы, разбавители для образцов, промывочные растворы, реагенты для предварительной обработки образцов, включая добавки, такие как детергенты, полимеры, хелатирующие агенты, реагенты, связывающие альбумин, ингибиторы ферментов, ферменты, антикоагулянты, агенты, агглютинирующие лейкоциты, антитела и другие материалы, необходимые для проведения анализа в устройстве. Конъюгат, меченный ферментом, может быть или поликлональным антителом, или моноклональным антителом, меченным ферментом, которое может вызвать появление определимого сигнала при реакции с соответствующим субстратом. Неограничивающие примеры таких ферментов включают щелочную фосфатазу и пероксидазу хрена. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения реагенты включают реагенты для иммунологического анализа. В общем, реагенты, особенно те, которые довольно нестабильны при смешении с жидкостью, содержатся в отдельности в определенном месте (например, в ячейке для реагентов) устройства.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения ячейка для реагентов содержит от примерно 5 мкл до примерно 1 мл жидкости. Согласно другим вариантам осуществления изобретения ячейка может содержать примерно 20-200 мкл жидкости. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения ячейка для реагентов содержит 100 мкл жидкости. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ячейка содержит около 40 мкл жидкости. Объем жидкости в ячейке может меняться в зависимости от вида анализа или образца жидкости организма. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения не нужно задавать объемы реагентов, но они должны превышать известный минимум. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения реагенты вначале хранятся в сухом состоянии и растворяются после начала анализа, проводимого в устройстве.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ячейки для анализа могут быть заполнены с помощью сифона, воронки, пипетки, шприца, иглы или их комбинации. Ячейки для реагентов могут быть заполнены жидкостью через канал для ввода жидкости или через вакуумный канал. Ячейки для анализа могут быть заполнены по отдельности или партиями.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ячейка для реагентов содержит реагент как средство изолирования реагентов друг от друга. Ячейки для реагентов могут также применяться для помещения раствора для промывки или субстрата. Кроме того, ячейки для реагентов могут содержать люминогенный субстрат. Согласно другому варианту осуществления изобретения в ячейке для реагентов содержится совокупность реагентов.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения конструкция устройства позволяет осуществить предварительную калибровку ячеек для анализа и ячеек для реагентов до сборки однократно используемых компонентов устройства.
Согласно одному варианту осуществления изобретения система FS в соответствии с изобретением включает устройство, содержащее ячейки для анализа и ячейки для реагентов с реагентами (как жидкими, так и твердыми). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, по меньшей мере, один из компонентов устройства, ячейка для анализа, ячейка для реагентов или их комбинация являются однократно используемыми. В системе в соответствии с изобретением определение аналита в устройстве производится прибором. В большинстве вариантов осуществления изобретения прибор, устройство и способ позволяют автоматически определять нужные показатели. Автоматизация системы обнаружения может быть осуществлена на основе определенного протокола или протокола, введенного в систему пользователем.
Согласно одному варианту осуществления изобретения система для автоматического определения аналита в образце жидкости организма включает устройство или картридж и блок детектирования или детектор для обнаружения определимого сигнала, свидетельствующего о наличии или об отсутствии аналита.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения пользователь вводит образец (например, измеренное или неизмеренное количество крови) в устройство и вставляет это устройство в прибор. Все последующие стадии автоматизированы, запрограммированы или прибором (с помощью твердотянутых проводов), пользователем, удаленным пользователем, или системой, или меняется функция прибора в соответствии с идентификатором (например, штрихкодом или радиочастотным идентификатором RFID в устройстве).
Примерами различных функций, которые выполняет система согласно изобретению, являются в частности разведение образца, удаление частей образца (например, эритроцитов (RBCs)), помещение образца в ячейку для анализа, добавление жидких реагентов к образцу и в ячейку для анализа, промывка для отделения реагентов от образца и из ячейки для анализа и содержание жидкостей во время и после анализа. Реагенты могут быть в самом приборе в ячейке для реагента.
Автоматизированная система может определять конкретный аналит в биологическом образце (например, в крови) методом твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA). Система поддается мультиплексированию и особенно пригодна для определения аналита, содержащегося в небольшом объеме образца цельной крови (например, в 20 мкл или менее). Система может определять аналиты в различных разведениях образца, что позволяет испытывать различную степень чувствительности на одном и том же устройстве, когда это желательно. Все реагенты, сырье и материалы, и отходы могут содержаться в устройстве.
При использовании системы образец вводится пациентом в собранное устройство, и оно вставляется в прибор. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения прибор начинает обработку образца с удаления эритроцитов (образец крови), разведения образца и перемещения образца в ячейку для анализа. В случае мультиплексного анализа используется совокупность образцов и в отдельные ячейки для анализа последовательно или параллельно передаются части образца. Затем проводятся анализы путем последовательных контролируемых инкубации и применения реагентов для поверхностей захвата.
Устройством для передачи жидкости содержит любой компонент, выполненный с возможностью осуществлять точное и аккуратное перемещение жидкостей. Примеры таких компонентов включают в частности насосы для всасывания и эжектирования известных объемов жидкости из лунок или ячеек устройства, являющихся поступательными стадиями повышения точности и тщательности движения в системе. Система также включает детектор для обнаружения сигнала, генерируемого генератором сигналов (таким как фермент, связанный с субстратом) в ячейке для анализа. Детекторы включают PMTs (фотоумножители), диоды, светодиоды (CCD) и т.п. В случае анализов, основанных на абсорбции или флуоресценции, используют источник света. В случае люминесцентных анализов источник света не нужен и могут применяться фотоумножители или лавинный фотодиодный детектор. В случае необходимости прибор содержит регулятор температуры для обеспечения регулируемой температуры во время инкубации. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения прибор контролирует температуру в устройстве. Согласно другому варианту осуществления изобретения температура находится в пределах около 30-40°С. Согласно другим вариантам осуществления изобретения контроль температуры системой может включать активное охлаждение. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения интервал температур составляет примерно 0-100°С. Например, при анализе нуклеиновых кислот могут достигаться величины температуры до 100°С. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения этот интервал равен примерно 15-50°С. Узел контроля температуры может включать термоэлектрическое устройство, такое как устройство Полтьера.
Картриджи, устройства и системы согласно изобретению, описанные в данной заявке, предлагают много возможностей, не доступных в существующих системах для проведения анализа на месте наблюдения за пациентом или интегрированных системах для анализа. Например, многие картриджи для проведения анлиза на месте наблюдения за пациентом работают по принципу жидкостной системы или замкнутого контура, обрабатывая небольшие объемы жидкости эффективным способом. Картриджи и устройства для жидкостей, описанные в данной заявке, функционируют при открытом перемещении жидкостей между ячейками картриджа. Например, реагент может находиться в ячейке, образец - в ячейке для сбора образцов, разбавитель - в ячейке для разбавителей и поверхность захвата может находиться в ячейке для анализа, причем в одном состоянии картриджа ни одна из ячеек не находится в жидкостном сообщении с любой из других ячеек. С применением устройства или системы для передачи жидкостей, описанных в данной заявке, ячейки не обязательно находятся в жидкостном сообщении друг с другом. Это может быть предпочтительным в некоторых случаях, так как реагенты для каждого вида анализа не реагируют физически или химически с другими реагентами, что предотвращает «наводку» анализов. Ячейки могут перемещаться относительно друг друга, что позволяет осуществлять наличие жидкостей в некоторых ячейках при их сообщении друг с другом. Например, устройство для передачи жидкостей может включать головку, которая перемещается в ячейку для анализа и ячейка для анализа сообщается с ячейкой для реагентов жидкостью.
Устройства и системы согласно изобретению могут функционировать с высокой пропускной способностью, обеспечивая в режиме реального времени определение аналитов в жидкости организма субъекта. Способы определения используют в различных обстоятельствах, включающих идентификацию и количественное определение аналитов, связанных с конкретными биологическими процессами, физиологическими состояниями, расстройствами или со стадиями этих расстройств. Как таковые, системы могут быть широко использованы, например, для скрининга лекарств, диагностики заболеваний, филогенетической классификации, судебно-медицинских исследований, определения начала и рецидивов заболевания, реакции субъектов на лечение в сравнении с базой данных для групп населения и мониторинга терапии. Устройства и системы согласно изобретению особенно пригодны для проведения доклинического и клинического испытания терапевтических агентов, улучшения соблюдения режима лечения пациентов, мониторинга нежелательных реакций (ADRs) на прием прописанного лекарства, развития персонифицированной медицины, перемещения систем анализа крови из центральной лаборатории в доме и мониторинга терапевтических агентов после одобрения регуляторными органами или во время клинических испытаний. Устройства и системы согласно изобретению легко приспосабливаются для персонального лечения. Устройство может быть изменено вместе с протоколом или инструкциями для программируемого процессора системы для проведения широкого круга анализов. Системы и устройства согласно изобретению используют в сочетании с персональным компьютером или автоматизированным прибором меньшего размера. Благодаря указанным характеристикам приборы особенно пригодны для применения в системе FS для систем HS в соответствии с изобретением.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения субъект, мониторинг которого проводится с помощью системы HS, снабжается совокупностью приборов, применяемых для определения ряда аналитов. Например, субъект может использовать различные устройства для жидких образцов в разные дни недели. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения программное обеспечение в устройстве, соединяющем идентификатор с протоколом, может сравнивать результаты текущего дня с результатами, полученными при применении устройства, например, для клинического испытания. Согласно другому варианту осуществления изобретения субъекта обеспечивают различными ячейками для реагентов и для анализа, которые попеременно могут вводиться в корпус устройства. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения субъект может не нуждаться в новом приборе в каждый день тестирования, но система может быть запрограммирована или перепрограммирована для того, чтобы сообщать новые инструкции, поступающие, например, из внешнего устройства, такого как сервер. Если, например, два дня в неделю не являются идентичными, внешнее устройство может посылать сообщение субъекту по беспроводной связи, используя для этого любое из средств, описанных в данной заявке или известных из уровня техники. Этот пример является только иллюстративным и, например, субъекту может быть направлено сообщение о том, что струйный элемент используется в неверное время дня. Таким образом, приборы FS могут быстро адаптироваться в процессе мониторинга заболевания. Например, операционная система может обращаться к системе FS для срочного тестирования субъектов, находящихся в контакте с индекс-случаем.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, картридж, показанный на Фиг.5, включает разнообразные ячейки для анализа и для реагентов. Ячейки для анализа могут включать поверхность захвата для определяемого аналита. Ячейки для анализа соединяются с остальными элементами прибора по принципу «строго вовремя». Во многих известных устройствах проведения анализа на месте наблюдения за пациентом поверхность захвата интегрирована в устройство, и, если она не подходит или получена несоответствующим образом, все устройство может работать неправильно. Поверхность захвата и/или ячейка для анализа в описанном устройстве может контролироваться и настраиваться независимо от ячеек для реагентов и корпуса устройства.
Ячейки для реагентов могут заполняться различными реагентами также по принципу «строго вовремя». Это обеспечивает гибкость настраиваемого устройства. Объемы реагентов, помещаемых в ячейки для реагентов, могут быть разными, что не влияет на стабильность работы устройства или химических реакций, имеющих место в устройстве. Устройство и ячейки, описанные в данной заявке, обеспечивают гибкость методов и протоколов для проводимых анализов. Например, группа лиц, мониторинг состояния которых осуществляет система HS, могут быть обеспечены партией похожих устройств, содержащих те же самые реагенты. После проведения мониторинга операционнная система может определить, что метод анализа может быть модифицирован путем изменения разведения образца и количества реагента, добавляемого в ячейку для анализа. Предусмотрено, что анализ может быть изменен или оптимизирован только путем изменения программы действий для программируемого процессора устройства для передачи жидкостей. Например, партия картриджей в пуле пациентов содержит избыток разбавителя, помещенного в картридж. Новый протокол может потребовать увеличенного в четыре раза количества разбавителя по сравнению с предыдущим протоколом. Благодаря системам в соответствии с изобретением протокол может быть изменен центральным сервером операционной системы и разослан во все системы, работающие с такими устройствами без необходимости обеспечения пула пациентов новыми устройствами. Другими словами, инструментальный комплекс системы проведения анализа на месте наблюдения за пациентом, описанный в данной заявке, может обеспечить большую гибкость стандартных лабораторных процедур, когда часто доступны избыток реагентов и часто избыток образцов. Такая гибкость может быть достигнута без уменьшения преимуществ сценария тестирования в системе проведения анализа на месте наблюдения за пациентом или способности проводить анализ небольших объемов образцов.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, когда ячейки картриджа отделены в устройстве, системы, описанные в данной заявке, обеспечивают гибкость сборки. Например, картридж может быть выполнен с возможностью проведения 8 анализов с помощью набора ячеек для анализа и набора ячеек для реагентов. Тот же самый корпус или похожий корпус может быть использован для изготовления картриджа для проведения 8 разных видов анализов в отличие от известного картриджа. Такую гибкость трудно обеспечить во многих других конструкциях приборов для проведения анализа на месте наблюдения за пациентом, так как закрытые системы и каналы для жидкостей и, следовательно, устройства могут не быть модульными и их сборка затруднена.
В настоящее время существует необходимость в проведении определения более чем одного аналита, когда величины концентраций этих аналитов находятся в широком интервале, например, концентрация одного аналита выражается в пг/мл, а другого - в мкг/мл. Согласно неограничивающему примеру, антиген вируса может быть определен при величине концентрации, выраженной в пг/мл, в то время как антитело хозяина против этого антигена определяется в интервале величин, выраженных в мкг/мл (См. Таблицу 4). Система, описанная в данной заявке, способна осуществлять одновременные анализы аналитов, содержащихся в одном и том же образце в широком интервале концентраций. Другим преимуществом возможности определять концентрации различных аналитов в широком интервале является функция соотнесения величин концентрации этих аналитов с безопасностью и эффективностью совокупности лекарств, применяемых для пациента. Например, неожиданное взаимодействие лекарств является распространенной причиной вредного действия лекарств. Параллельное определение различных аналитов в режиме реального времени помогает избежать потенциально катастрофических последствий взаимодействия лекарств друг с другом. Это может быть полезным, когда лекарства начинают применяться быстро для контролирования распространения заболевания.
Возможность мониторинга скорости изменения концентрации аналита и/или уровня фармакодинамических (PD) или фармакокинетических (РK) маркеров у одного и того же пациента во времени или возможность анализа тенденций влияния концентрации, независимо от того, являются ли эти величины концентрацией лекарства или его метаболита, может предотвратить возникновение потенциально опасных ситуаций. Например, если система HS применяется для мониторинга диабета и определяемым аналитом является глюкоза, для прогнозирования предотвращения, например, возникновения нежелательной гипогликемии, очень полезно определение содержания глюкозы в образце в данный момент времени, а также скорости изменения уровня глюкозы в течение данного промежутка времени. Такой анализ тенденций очень благоприятен при определении схемы дозирования лекарств. Особенно необходима возможность выявления таких тенденций и принятия предупредительных мер в случае применения совокупности лекарств и их метаболитов.
Соответственно, данные, получаемые при использовании устройств и систем в соответствии с изобретением, могут применяться для проведения анализа тенденций изменения содержания аналита у субъекта.
Часто проведение совокупности анализов с помощью одного и того же картриджа может потребовать различных разведении или предварительной обработки. Величины разведения могут сильно меняться в зависимости от вида анализа. Многие применяемые в настоящее время устройства проведения анализа на месте наблюдения за пациентом предлагают ограниченный набор разведении и, следовательно, ограниченную возможность провести ряд анализов в устройстве этой системы проведения анализа на месте наблюдения за пациентом. Однако система и/или картриджи, описанные в данной заявке, могут использовать широкий интервал разведении, например, 1:2-1:10000 благодаря способности системы осуществлять серийное разведение образцов. Следовательно, в одном картридже или в совокупности картриджей может быть осуществлено большое число потенциальных анализов без модификации детектора или считывающего устройства.
Система согласно изобретению, описанная в данной заявке, позволяет, например, проводить многократные (например, пять или более) различные определения целевых аналитов. Для того чтобы довести концентрацию аналита до величины в интервале определения методом иммунологического анализа, описанным в данной заявке и обычно используемым при проведении анализа на месте наблюдения за пациентом, образец должен быть разведен, например, в отношении 3:1, 8:1, 10:1, 100:1 и 2200:1, для осуществления каждого из пяти анализов. Поскольку устройство для передачи жидкостей способно вмещать и перемещать жидкость в устройстве, могут быть проведены серийные разведения в системе согласно изобретению для получения этих пяти различных разведении и определения всех пяти разных целевых аналитов. Как указано выше, протокол проведения анализов также может регулироваться без изменения устройства или системы.
В лабораториях, применяющих обычные пипетки, обычно используются большие объемы образцов, чем при анализе на месте. Например, в лаборатории могут анализировать образец крови из руки пациента, имеющий объем в миллиметровом интервале. В системе анализа на месте многие пользователи требуют проведения быстрого, легкого и/или минимально инвазивного анализа, следовательно, применяются образцы с объемом в микролитровом интервале (такой как образец крови из пальца). Поскольку образцы бывают разными, устройства проведения анализа на месте наблюдения за пациентом, используемые в настоящее время, могут потерять свою гибкость при проведении анализа, предусмотренного в этой системе. Например, при проведении нескольких анализов образца для каждого вида анализа может потребоваться некоторый минимальный объем для проведения точного определения аналита, что может в некоторой степени ограничить использование устройства для проведения анализа на месте.
Система и/или устройство для передачи жидкостей, описанные в данной заявке, обеспечивают большую гибкость. Например, приспособление для перемещения жидкости может быть автоматизированным для перемещения ячейки для анализа, наконечника для анализа или пустой пипетки из одной ячейки прибора в другую ячейку, причем эти ячейки не имеют жидкостного сообщения друг с другом. В некоторых случаях это может помочь избежать перекрестного загрязнения ячеек описанного устройства. В других случаях оно позволяет перемещать несколько жидкостей в устройстве, описанном в данной заявке, для контактирования их друг с другом согласно протоколу или инструкциям. Например, картридж, включающий 8 наборов различных реагентов в 8 разных ячейках для реагентов, может использоваться в любом порядке или в любой комбинации согласно протоколу с помощью устройства для передачи жидкостей. Следовательно, для любой химической реакции в устройстве может проводиться разная последовательность действий. Протокол проведения анализа может быть заменен или модифицирован без необходимости применения второго картриджа или второй системы и без изменения объема реагентов в картридже или вида реагентов.
Например, оператор системы FS может заказать картридж с определенным видом поверхности захвата и определенными реагентами для проведения определения аналита (например, C-реактивного белка (CRP)) в образце. Первоначальный протокол для оператора системы FS может потребовать проведения 2 стадий промывки и 3 стадий разведения. После получения операторов системы FS приборов оператор операционной системы, ответственный за применение приборов FS, определяет, что протокол должен включать 5 стадий промывки и только одну стадию разведения. Приборы и системы согласно изобретению обеспечивают гибкость этого изменения протокола без реконфигурации прибора или системы. В этом случае требуется только отправить новый протокол или инструкции для проведения большого количества потенциальных анализов с помощью одного картриджа или совокупности картриджей без модификации детектора или считывающего устройства.
Согласно другому варианту осуществления изобретения система может осуществлять пять разных определений целевых аналитов, при этом каждый вид анализа требует стадии инкубации при различных температурах. Во многих известных устройствах проведения анализа на месте наблюдения за пациентом инкубация при разных температурах в случае проведения совокупности анализов является трудной задачей, так как совокупность анализов не является модульной системой, и поверхности захвата не могут перемещаться относительно устройства для нагрева. В системе, описанной в данной заявке, в отдельной ячейке для анализа происходит химическая реакция, и эта отдельная ячейка может быть помещена в элемент для нагрева. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система включает, по меньшей мере, столько же элементов для нагрева, сколько имеется ячеек для анализа. Следовательно, множество анализов может проводиться при различных температурах.
Системы и устройства согласно изобретению могут также предусмотреть ряд измерений для контроля качества анализа, что было ранее недоступно во многих известных устройствах для проведения анализа на месте наблюдения за пациентом. Например, благодаря модульности устройства ячейки для анализа и ячейки для реагентов могут контролироваться независимо друг от друга и/или от корпуса и/или от системы или устройства для передачи жидкости. Примеры способов и систем для контроля качества работы системы и устройств описаны ниже.
Система FS согласно изобретению может применяться для проведения ряда анализов независимо от вида аналита, определяемого в образце жидкости организма. Протокол, зависящий от устройства, может быть перемещен из внешнего компонента операционной системы, где он сохранен в считывателе для выполнения конкретного протокола, в систему FS. В некоторых вариантах осуществления изобретения устройство включает идентификатор (ID), который детектируется или считывается детектором, описанным в заявке. Идентификатор может посылать сообщения в узел коммуникаций через управляющее устройство, которое пересылает сообщение, идентификатор во внешнее устройство. При необходимости внешнее устройство посылает протокол, хранящийся во внешнем устройстве, в узел коммуникаций. Протокол, используемый системой, может включать инструкции для управляющего устройства системы для выполнения протокола, включая без ограничения, проведение конкретного анализа и детектирование. После проведения анализа генерируется сигнал, показывающий наличие аналита в образце, обнаруживаемый блоком детектирования системы. Этот сигнал затем может передаваться в узел коммуникации, откуда он пересылается во внешнее устройство для обработки, включая, без ограничения определение концентрации в образце.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения идентификатор может представлять собой штрихкод, состоящий из ряда черных и белых отражающих линий или блоков, который может считываться устройством обнаружения, таким как считыватель штрихкода, который хорошо известен, или биркой идентификации радиочастот с соответствующим детектором. Другие идентификаторы могут представлять собой буквенно-цифровые символы, цвет, шероховатые участки или любой другой идентификатор, который может находиться в устройстве и может быть считан детектором. Детектор может представлять собой LED (светодиод), излучающий свет, который может взаимодействовать с идентификатором, который отражает свет и определяется детектором на предмет идентичности устройства. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения идентификатор может включать накопительное или запоминающее устройство и может передавать информацию в детектор. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения может быть использована комбинация элементов. Согласно другим вариантам осуществления изобретения детектор калибруется с помощью оптического источника, такого как LED.
В одном варианте осуществления изобретения образец жидкости организма может быть помещен в устройство, которое установлено в систему. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения установку устройства осуществляют частично вручную, а затем механический переключатель в считывателе автоматически устанавливает правильное положение устройства в системе. Может быть использован любой другой механизм, который известен для помещения магнитного диска или картриджа в систему. В некоторых вариантах осуществления изобретения необходимо ручное введение.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения способ автоматического выбора протокола в системе включает предоставление устройства, включающего блок индикации и обнаружения и идентификатор; распознавание идентификатора и передачу информации о нем во внешний компонент операционной системы согласно изобретению и выбор нужного протокола из множества протоколов во внешнем компоненте операционной системы, связанном с идентификатором.
В одном варианте осуществления изобретения система FS для автоматического определения совокупности аналитов в образце жидкости организма включает: струйный элемент (такой, как описанные в данной заявке), включающий ячейку для сбора образцов, которая может содержать образец; набор ячеек для анализа, в котором отдельная ячейка для анализа предназначена для осуществления химической реакции, генерирующей сигнал, свидетельствующий о наличии отдельного аналита из множества определяемых аналитов; и набор ячеек для реагентов, которые содержат реагенты. Кроме того, система включает устройство для перемещения жидкостей, имеющее множество приемников, при этом отдельный приемник, выбранный из этого множества, выполнен с возможностью включения отдельной ячейки для анализа, и указанное устройство для перемещения жидкости использует программируемый процессор для управления передачей образца жидкости организма из ячейки для сбора образцов и реагента из ячейки для реагентов в ячейку для анализа. Например, отдельная ячейка для анализа содержит реагент и в ней проходит химическая реакция с этим реагентом.
В некоторых вариантах осуществления изобретения конфигурация процессора для передачи жидкости влияет на степень разведения образца жидкости организма в наборе ячеек для анализа с целью генерации сигналов, свидетельствующих о наличии анализируемых аналитов, в определимом интервале. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения образец жидкости организма содержит, по меньшей мере, два аналита в концентрациях, которые отличаются, по меньшей мере, в 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 50, или 100 раз. Таким образцом может быть, например, капля крови. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения концентрации, по меньшей мере, двух аналитов отличаются друг от друга на десять порядков величин (например, первый аналит содержится в концентрации 0,1 пг/мл, а второй анализ - в концентрации 500 мкг/мл). Согласно другому варианту осуществления изобретения некоторые белки содержатся в концентрациях, превышающих 100 мг/мл, что расширяет желательный интервал на двенадцать порядков величин.
Разведение образцов жидкостей из организма приводит к появлению сигналов, свидетельствующих о наличии, по меньшей мере, двух аналитов. Во многих случаях система включает также детектор, такой как фотоумножитель (РМТ). В случае фотоумножителя интервал определимых значений составляет от примерно 10 до примерно десяти миллионов сигналов в секунду. Каждый сигнал соответствует одному протону. В некоторых случаях эффективность фотоумножителя не достигает 100%, и наблюдаемая скорость счета может быть слегка меньше, чем действительное число фотонов, достигающих детектора в единицу времени, но все еще близка к ней. В некоторых случаях сигналы измеряются с десятью интервалами порядка одной секунды и полученные результаты усредняются. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения интервал сигналов составляет 1000-1000000 сигналов в секунду при использовании в качестве детектора фотоумножителя. В некоторых вариантах осуществления изобретения скорость счета может быть низкой, до 100 сигналов в секунду, а может составлять 10000000 с/с. Линейный диапазон чувствительности фотоумножителя (например, диапазон, в котором скорость счета прямо пропорциональна числу фотонов в единицу времени) может составлять 1000-3000000 сигналов в секунду. Например, при проведении анализа нижнее значение интервала чувствительности равно примерно 200-1000 сигналов в секунду, а верхнее значение составляет примерно 10000-2000000 сигналов в секунду. В некоторых вариантах осуществления изобретения для биомаркеров - белков скорость счета обратно пропорциональна количеству щелочной фосфатазы, связанной с поверхностью захвата и также обратно пропорциональна концентрации аналита. Другие примеры детекторов включают лавинные фотодиоды, наборы лавинных фотодиодов, наборы ПЗС, наборы суперохлажденных ПЗС. Многие другие детекторы имеют цифровой выход, количество сигналов обратно пропорционально числу фотонов, попадающих в детектор.
Приемник устройства для передачи жидкости может прилегать к ячейке для анализа. Такое устройство для передачи жидкости может представлять собой пипетку, такую как пипетка, работающая по принципу вытеснения воздуха. Устройство для передачи жидкости может быть автоматизированным. Например, такое устройство может включать двигатель, сообщающийся с программируемым процессором, и этот двигатель может перемещать совокупность приемников согласно протоколу из программируемого процессора. Как было указано, отдельная ячейка для анализа может представлять собой наконечник для пипетки, например, наконечник с поверхностью захвата или реакционным сайтом. Зачастую, в устройстве для проведения анализа на месте наблюдения за пациентом, таком как системы и приборы по изобретению, степень разведения должна определяться и быть достаточно точной. Например, когда с системой работают лица, не являющиеся специалистами, должно быть обеспечено точное разведение образца.
Как указывалось, устройство для передачи жидкости влияет на степень разведения образца для получения точных результатов анализа. Например, программируемое устройство для передачи жидкостей может содержать множество приемников для разведения или серийного разведения образцов, а также смешения образца и разбавителя. Это устройство обеспечивает также перемещение жидкостей в приборах для проведения анализа на месте наблюдения за пациентом.
Как уже указывалось, системы и приборы согласно изобретению обладают гибкостью при организации лаборатории для анализа на месте. Например, образцы можно собирать и обрабатывать автоматически в формате настольного типа или в приборе или системе меньшего размера. Приборы для проведения анализа на месте наблюдения за пациентом обеспечивают различную степень разведения при проведении множества анализов, когда анализы имеют различную степень чувствительности или специфичность. Например, в образце могут быть два аналита, один с высокой концентрацией, а другой - с очень низкой. Система в соответствии с изобретением осуществляет разведение образца в разной степени, чтобы иметь возможность определить оба аналита. Например, если концентрация аналита очень высока, образец может быть серийно разведен до соответствующей степени и перемещен на поверхность захвата для детектирования. В этой же системе или в том же устройстве образец с аналитом в низкой концентрации не нуждается в разведении. Таким образом, перечень анализов, проводимых в приборах и системах для проведения анализа на месте наблюдения за пациентом, может быть расширен по сравнению с известными приборами для проведения анализа на месте.
Устройство для передачи жидкости может быть частью системы стендового измерительного инструментального комплекса. Устройство для передачи жидкости может иметь множество приемников. В таком устройстве в соответствии с изобретением может быть предусмотрено любое количество приемников, необходимое для определения совокупности аналитов в образце. Например, устройство для передачи жидкости может иметь восемь приемников, установленных на одной линии на расстоянии друг от друга. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения приемники снабжены конусообразным соплом, соединенным с различными наконечниками, такими как ячейка для анализа или ячейки для сбора образцов, описанные в данной заявке. Наконечники могут автоматически выниматься и располагаться в корпусе устройства после их использования. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения наконечники для анализа являются прозрачными и могут быть похожи на кювету, в которой проводится анализ, результат которого обнаруживается оптическим детектором, таким как фотоумножитель.
Программируемый процессор системы FS может содержать инструкции или команды и может управлять устройством для передачи жидкостей или путем извлечения (для подачи жидкости) или путем вдавливания (для выталкивания жидкости) поршня в закрытом пространстве. И объем воздуха, и скорость движения поршня могут контролироваться, например, с помощью программируемого процессора.
Смешение образцов (или реагентов) с разбавителями (или другими реагентами) может быть достигнуто при всасывании смешиваемых реагентов в обычной трубке и затем повторяющемся всасывании часть полученного объема жидкости в наконечник. Растворение реагентов, высушенных в трубке, может осуществляться подобным образом. Инкубация жидких образцов или реагентов в присутствии поверхности захвата, с которой связан реагент захвата (например, антитело) проводится путем всасывания соответствующей жидкости в наконечник и выдерживания ее там в течение заданного промежутка времени. Удаление образцов и реагентов достигается выталкиванием жидкости в резервуар или на абсорбирующую прокладку в устройстве. Затем в наконечник может быть введен другой реагент в соответствии с инструкциями или протоколом, поступающими из программируемого процессора.
В варианте осуществления изобретения, представленном на Фиг.9, жидкость 1111, бывшая в наконечнике 1101, может оставить после себя тонкую пленку 1113 в наконечнике 1101. Следовательно, система может использовать действие основной (например, верхней части) порции следующей жидкости 1112 для смывки предыдущей жидкости 1111 из наконечника 1101. Часть последующей жидкости, загрязненной предыдущей жидкостью 1113, может удерживаться в верхней части наконечника 1101, где она не взаимодействует с поверхностью 1102 захвата. Поверхность 1102 захвата может быть в определенной области наконечника 1101, тогда предыдущая жидкость 1111 не реагирует с поверхностью 1102 захвата, показанной, например, на Фиг.9, поверхность 1102 захвата занимает определенную часть наконечника 1101, не занимая все место до утолщения наконечника. Во многих случаях продолжительность инкубации невелика (например, 10 мин) и расстояние до загрязненной фазы жидкости достаточно велико (>1 мм), поэтому диффузия активных компонентов загрязненной части жидкости 1113 происходит недостаточно быстро для взаимодействия с поверхностью 1102 захвата во время инкубации. Для многих анализов с высокой чувствительностью существует требование удаления одного реагента и промывки поверхности захвата (например, антитела, который мечен генератором сигналов). Согласно одному из вариантов осуществления изобретения устройство для передачи жидкости может обеспечить промывку путем чередования циклов удаления жидкости и всасывания, например с помощью реагента для промывки. В одном из вариантов осуществления изобретения четыре стадии промывки показали, что время контакта несвязанного антитела-детектора с поверхностью захвата снижается более, чем в 106 раз. Любое антитело-детектор неспецифически связанное с поверхностью захвата (что в высшей степени нежелательно) также может быть удалено во время этой промывки.
Расширение диапазона чувствительности анализа может быть достигнуто путем разведения образца. В системах проведения анализа на месте наблюдения за пациентом, использующих одноразовые картриджи, содержащие разбавитель, часто существует ограничение степени разведения. Например, если небольшой образец крови отбирают из пальца (например, около 20 мкл крови) и его нужно развести (при максимальном объеме разбавителя, помещаемого в трубку, составляющем 250 мкл), практический предел разведения всего образца равен примерно 10:1. Система может применять меньший объем образца (например, около 2 мкл), что обеспечивает максимальную степень разведения до 100:1. Для многих видов анализов такая степень разведения является приемлемой, но в случае такого анализа, как определение C-реактивного белка (как описано в примерах в данной заявке) существует необходимость гораздо большего разведения образца. Основанный на принципе разделения метод анализа ELISA ограничен величиной емкости поверхности захвата, связывающей аналит (например, эквивалентной примерно несколькими сотнями нг белка в мл образца). Некоторые аналиты содержатся в крови в количествах, составляющих сотни мкг/мл. Даже при разведении в 100 раз аналит может иметь величину концентрации за пределами калибровки. Согласно одному из вариантов осуществления системы и устройств в соответствии с изобретением могут быть осуществлены многократные разведения путем многократного перемещения разбавителя в одну ячейку для анализа или в ячейку для сбора образцов. Например, если величина концентрации аналита в образце очень высока, образец может быть разведен многократно до достижения этой величины концентрации в приемлемом для детектирования интервале. Системы и способы согласно изобретению могут обеспечить точный расчет и точное осуществление разведений.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения в системе FS, описанной в данной заявке, может быть осуществлено перемещение образца жидкости и перемещение ячейки для анализа. Система может включать блок нагрева и детектор. Перемещение образца жидкости в системе может быть произведено за счет всасывания, с помощью шприца или пипетки. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения устройством перемещения образца жидкости является пипетка. Ряд пипеток, требующихся в системе, может быть отрегулирован в соответствии с видом определяемого аналита и количеством проводимых анализов. Работа системы пипеток может быть автоматизирована или же осуществлена вручную.
На Фиг.10 показан пример осуществления устройства 520 для передачи жидкости и системы 500, описанных в данной заявке. Такое устройство для передачи жидкости может перемещать восемь разных или одинаковых объемов жидкости одновременно с помощью восьми разных головок 522. Например, картридж (или устройство, описанное в данной заявке), включает восемь ячеек 501 для анализа. Ячейки 501 для анализа приспособлены для выполнения различных видов анализа в ячейке 501. Отдельные ячейки для анализа могут требовать определенного объема образца. Отдельная головка 522 используется для распределения надлежащего количества образца в ячейку 501 для анализа. В данном варианте осуществления изобретения каждая головка 522 соответствует нужной отдельной ячейке 501 для анализа.
Устройство 520 для перемещения жидкости также может применяться для распределения реагентов из ячеек для реагентов. Различные виды реагентов включают раствор конъюгата, раствор для промывки и субстратный раствор. В автоматизированной системе столик 530, на котором расположено устройство 510, может перемещаться с передвижением устройства 510 относительно ячеек 510 для анализа и головок 522 для осуществления анализа, как показано на Фиг.10. В альтернативных вариантах осуществления изобретения головки 522 и наконечники 501 или устройство для перемещения жидкостей могут перемещаться относительно устройства 510.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения реагент поступает в сухом виде и регидратируется и/или растворяется в процессе анализа. Сухие формы включают лиофилизированные материалы и пленки, слипшиеся с поверхностью материала.
Система FS может включать держатель или захватывающий элемент для перемещения ячеек для анализа или наконечников. Захватывающий элемент может содержать вакуумную установку или узел, который плотно прилегает к утолщению наконечника для анализа. Например, средство для перемещения наконечников может перемещаться аналогично головкам устройству для передвижения жидкостей. Устройство может также перемещаться на столике соответственно положению держателя.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения приспособление для перемещения наконечников является таким же, как приспособление для перемещения образца, таким как устройство для перемещения жидкостей, описанное в данной заявке. Например, наконечник для сбора образцов может соответствовать головке пипетки. Наконечник для сбора образцов может быть использован для распределения жидкости в устройстве и в системе. После распределения жидкости наконечник для сбора может быть удален, а головка пипетки может вводиться в ячейку для анализа. Наконечник в ячейке для анализа может быть затем перемещен из одной ячейки для реагентов в другую и реагенты могут быть распределены в ячейку для анализа за счет всасывания или применения пипетки, имеющей головку. Головка пипетки может также применяться для смешения в наконечнике для сбора образцов, в ячейке для анализа или в ячейке для реагентов с помощью механизма всасывания или шприца.
Система FS может включать блок нагрева для нагревания ячейки для анализа и/или для контроля за температурой во время анализа. Нагрев может применяться на стадии инкубации среды для анализа для ускорения реакции и сокращения ее продолжительности, если это необходимо для стадии инкубации. Система может включать блок нагрева, способный вместить ячейку для анализа. Блок нагрева может вмещать множество ячеек для анализа из устройства, описанного в данной заявке. Например, если желательно провести 8 анализов в устройстве, блок нагрева вмещает 8 ячеек для анализа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения ячейки для анализа могут приводиться в термический контакт с блоком нагрева с помощью средств для передвижения ячеек. Нагрев может осуществляться с помощью средств для нагрева.
Система 600 FS, описанная в данной заявке, показана на Фиг.11. Система 600 включает переносной столик 630, на котором помещается устройство 610 (в данном варианте осуществления изобретения картридж) вручную или автоматически, или при сочетании и того, и другого способа размещения. Система 600 включает также блок 640 нагрева, который может быть расположен на одной линии с ячейками 611 для анализа устройства 610. Как показано на Фиг.11, устройство 610 включает ряд из 8 ячеек 611 для анализа и множество соответствующих ячеек 612 для реагентов, и блок 640 для нагрева содержит область 641, где должны одновременно нагреваться, по меньшей мере, 8 ячеек. Каждая из областей 641 нагрева может обеспечить одинаковые или различные температуры для каждой отдельной ячейки 611 для анализа в зависимости от вида проводимого анализа или вида определяемого аналита. Система 600 включает также детектор 650 (такой как фотоумножитель) для обнаружения сигнала из ячейки 611 для анализа, в которой определяется аналит в образце.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения предусмотрен датчик для связи ячейки для анализа с детекторов при проведении анализа.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения детектором является блок считыватель, включающий блок детектирования для обнаружения сигнала, генерируемого при проведении, по меньшей мере, одного анализа. Блок детектирования может находиться над устройством или в другом положении относительно него в зависимости, например, от вида осуществляемого анализа и применяемого механизма детектирования. Блок детектирования может приводиться в сообщение с ячейкой для анализа или же ячейка для анализа может перемещаться к блоку детектирования.
Во многих вариантах осуществления изобретения применяют оптический детектор в качестве устройства для детектировании. Неограничивающие примеры таких детекторов включают фотодиод, фотоумножитель (РМТ), детектор фотонов, лавинный фотодиод или прибор с зарядовой связью ПЗС (CCD). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения используют точечный диод. Согласно другим вариантам осуществления изобретения точечный диод соединен с усилителем с образованием блока для детектирования с чувствительностью, сравнимой с чувствительностью фотоумножителя. В ходе некоторых анализов возникает хемилюминесценция. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения определяют степень хемилюминесценции. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения блок детектирования может содержать совокупность оптико-волоконных кабелей, соединенных в виде пучка световодов с ПЗС-детектором или с фотоумножителем. Пучок световодов может состоять из дискретных волокон или множества небольших волокон, образующих плотный пучок. Такие плотные пучки коммерчески доступны и легко соединяются с ПЗС-детекторами.
Детектор может также включать источник света, такой как лампа или светодиод (LED). Источник света освещает реакционную среду для того, чтобы определить результаты. Например, могут быть проведены флуоресцентный анализ или абсорбционный анализ, как это обычно бывает при определении нуклеиновых кислот. Детектор может также включать оптическое устройство, являющееся источником доставки света во время анализа, такое как линза или оптические волокна.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система детектирования может включать неоптические детекторы или датчики для определения определенного параметра субъекта. Такие датчики могут определять температуру, проводимость, потенциометрические сигналы и амперометрические сигналы для соединений, которые окисляются или восстанавливаются, например, O2, H2O2 и I2 или окислительно-восстановительными соединениями.
После изготовления устройство и система могут быть отправлены пользователю, вместе или по отдельности. Устройство или система в соответствии с изобретением могут быть упакованы вместе с инструкциями для пользователя. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения система в соответствии с изобретением является универсальной для проведения анализов с помощью разных устройствах. Поскольку компоненты системы могут быть модульными, пользователю может потребоваться только одна система и различные устройства и ячейки для анализа и реагентов для проведения множества анализов на месте наблюдения за пациентом. В этом контексте система может быть неоднократно использована с многочисленными устройствами, и она, в случае необходимости, должна включать датчики как в устройстве, так и в системе для обнаружения изменений, например, во время перевозки. Во время перевозки изменения давления или температуры могут повлиять на работу компонентов системы и, как таковой, датчик, находящийся в приборе или в системе, может сообщить об этих изменениях, например, во внешнее устройство, с тем, чтобы могла быть произведена регулировка во время калибровки или обработки данных во внешнем устройстве. Например, если во время перевозки изменилась до некоторой степени температура в струйном устройстве, датчик, расположенный на этом устройстве обнаружит это изменение и передаст эту информацию в систему, когда это устройство будет помещено в систему пользователем. Для выполнения этих задач в системе может быть предусмотрен дополнительный блок детектирования или он может быть включен в другой компонент системы. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения информация может быть передана или в систему, или во внешнее устройство, такое как компонент операционной системы согласно изобретению, или в персональный компьютер. Передача информации может быть осуществлена по проводной или беспроводной связи. Точно так же датчик в системе может обнаружить похожие изменения. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения желательно также включить датчик в упаковку для перевозки, а не в компоненты системы, или же в дополнение к этим компонентам системы. Например, неблагоприятные условия, которые могут привести к выходу из строя набора картриджей или системы, включают воздействие температуры, которая превышает максимально допустимую величину или нарушение целостности картриджа, например, при проникновении влаги.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения система включает блок системы коммуникаций, способный передавать и принимать информацию от внешнего устройства, например, компонента операционной системы согласно изобретению, по беспроводной связи. Такая беспроводная связь представляет собой в частности WiFi, Bluetooth, ZigBee, использование искусственных спутников, сотовую связь или RTM. Могут быть использованы различные средства коммуникаций, такие как телефонная связь с модемом, прямая связь, такая как Т1 (по телефону), ISDN (цифровая сеть с интеграцией услуг) или кабельные линии. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения беспроводную связь осуществляют с помощью беспроводных сетей, таких как сотовая, спутниковая или с помощью пейджеров, GPRS (система пакетной радиосвязи) или локальная система передачи информации. Например, Ethernet или кольцевая сеть Token Ring (с передачей маркеров). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения перед передачей информации осуществляют ее шифрование. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения блок системы коммуникаций может включать компонент беспроводной системы связи в ИК-диапазоне для отправки и приема информации. Система может содержать интегрированные графические адаптеры для облегчения показа информации.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения блок системы коммуникаций может включать запоминающее устройство, например, локализованное RAM (оперативное запоминающее устройство), в котором может быть сохранена собранная информация. Запоминающее устройство может быть необходимо, если информация не может быть передана в данный момент из-за, например, временной невозможности передачи по сети. Блок информации может быть связан с идентификатором устройства в запоминающем устройстве. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения блок системы коммуникаций может осуществить повторную передачу сохраненной информации через некоторое время.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения внешнее устройство, например, портал операционной системы согласно изобретению, связан с блоком системы коммуникаций в узле считывания. Внешнее устройство может быть соединено с системой FS по беспроводной связи или по связи подвижными средствами, и может также устанавливать связь с третьим лицом, которым может быть в частности отдельное лицо, медицинский персонал, клинические врачи, персонал лабораторий и другие работники системы здравоохранения.
Способ и система в соответствии с изобретением показаны на Фиг.12. Пациент помещает образец крови в устройство в соответствии с изобретением, затем это устройство помещают в узел считывания, причем этот узел считывания может представлять собой систему типа "рабочий стол", способную определить аналит в образце крови. Узел считывания может быть системой, описанной в данной заявке. Узел считывания может быть стендовой системой или системой типа "рабочий стол", способной считывать показания множества различных приборов. Узел считывания или система выполнены с возможностью осуществления химической реакции и детектирования или считывания результатов этой химической реакции. На Фиг.12, показывающей систему в соответствии с изобретением, узел считывания работает автоматически согласно протоколу, отправленному из внешнего устройства (например, сервера, включающего интерфейс пользователя). Узел считывания может также отправлять результаты химической реакции на сервер и интерфейс пользователя. В представленной системе пользователь (например, медицинский персонал, в том числе врач или исследователь) могут видеть и анализировать результаты, а также разрабатывать или совершенствовать протокол, применяемый для автоматизации системы. Результаты могут быть сохранены локально (в считывателе) или на сервере. Сервер может также принимать записи пациентов, дневник пациента и базу данных, касающихся групп населения.
На Фиг.13 представлена последовательность операций по созданию варианта осуществления системы для оценки состояния здоровья пациента в системе HS, описанной в данной заявке. Пациент вводит личные данные или результаты определения параметров из устройства, узла считывания и/или системы в базу данных, которая может быть расположена на сервере, например, в компоненте операционной системы. Система FS может показывать личные данные на дисплее персонального компьютера пациента. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения дисплей станции FS является интерактивным, и пользователь может менять введенные данные. База данных операционной системы содержит данные о других пациентах, мониторинг состояния которых осуществляет система Health Shield. База данных системы HS может также включать данные о других лицах, полученные исторически от общественных и частных организаций. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения данные о других лицах являются результатом внутренних клинических испытаний.
На Фиг.13 показана также система передачи потока данных из считывателя, которые включают данные, полученные на сервере, связанном с общедоступной сетью, от пациента. Сервер может обрабатывать эти данные или же отправлять их пользователю. Данные о пациентах могут также поступать на сервер отдельно от данных, относящихся к медицинскому состоянию, которые сохранены в базе данных. На Фиг.13 также изображены дисплей пользователя и схема передачи потока данных медицинскому персоналу или пользователю. Например, используя схему, показанную на Фиг.13, пациент дома может поместить образец жидкости из организма в картридж согласно изобретению, описанный в данной заявке, и поместить его в систему или в узел считывания. Пациент может видеть данные, поступающие из системы, на дисплее своего компьютера и/или изменять эти данные или вводить новые данные. Затем данные, полученные от пациента, могут быть перенаправлены по общедоступной сети, такой как Интернет, например, в зашифрованном виде, на сервер, включающий интерфейс сети и процессор, причем сервер расположен в «ядре» сети или в центре клинических испытаний. Сервер может использовать данные о медицинском состоянии для интерпретации информации от пользователя и затем отправлять результаты по общедоступной сети на компьютер пользователя. Компьютер пользователя может быть расположен в медицинском учреждении или лаборатории и включать дисплей для показа результатов анализа и данных от пациента медицинскому персоналу. В данном варианте осуществления изобретения медицинский персонал может получать результаты анализа образцов от пациента, полученные при его тестировании, которое пациент провел в другом месте, например, дома. Другие варианты осуществления систем и компонентов системы описаны в данной заявке.
Компонент операционной системы системы HS может сохранять протоколы, используемые системой FS. Протокол может быть передан в блок системы коммуникаций системы FS после получения операционной системой данных идентификатора, показывающих, какое устройство было помещено в систему FS. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения протокол может зависеть от идентификатора устройства. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения компонент операционной системы сохраняет более чем один протокол для каждого полевого устройства. Согласно другим вариантам осуществления изобретения информация о пациенте во внешнем устройстве включает более одного протокола. В некоторых вариантах осуществления изобретения компонент операционной системы сохраняет математические алгоритмы для обработки информации о количестве фотонов, посылаемой блоком системы коммуникаций и, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, определяет концентрацию аналита в образце жидкости организма.
При наличии компонентов систем FS и операционной системы, интегрированных в систему общедоступной связи, система в соответствии с изобретением имеет ряд преимуществ. Например, информация может быть передана из операционной системы обратно не только в узел считывания системы FS, но и другим лицам или в другие внешние устройства, например, в частности КПК или в сотовый телефон. Такие сообщения могут переданы по беспроводной сети, как описано в данной заявке. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения определенная величина концентрации аналита или другая информация о пациенте может быть отправлена, например, медицинскому персоналу или пациенту. Согласно неограничивающему варианту осуществления изобретения уведомление о введении карантина может быть отправлено как инфицированному лицу, так и медикам, которые вводят карантин.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения данные, полученные с помощью устройств и систем в соответствии с изобретением, могут быть использованы для анализа тенденции изменения концентрации аналита у субъекта.
Другое преимущество описанной системы состоит в том, что результаты анализа могут практически сразу же быть направлены любому третьему лицу, который получает пользу от получения этих результатов. Например, как только компонент операционной системы определит концентрацию аналита, эта информация может быть отправлена пациенту или медицинскому персоналу, у которых может возникнуть необходимость в осуществлении дальнейших действий. Эти действия могут включать идентификацию индекс-случая. Стадия сообщения третьему лицу может быть осуществлена по беспроводной связи, как описано в данной заявке и путем передачи данных третьему лицу по мобильному телефону; третьи лица могут быть уведомлены о результатах анализа виртуально в любое время и в любом месте. Таким образом, в случаях, когда время является важным фактором, контактирование с пациентом осуществляется немедленно в любом месте, если могут потребоваться срочные медицинские меры.
Выявление прибора с помощью идентификатора, связанного со струйным прибором, после его помещения в систему FS позволяет загружать из внешнего устройства, например, компонента операционной системы, протоколы, специфичные для этого струйного устройства. В некоторых вариантах осуществления изобретения компонент операционной системы может сохранять множество протоколов, связанных с системой или связанных с конкретным лицом или группой лиц. Например, когда идентификация прибора передается в компонент операционной системы, программное обеспечение этого компонента операционной системы, такое как база данных, может выбрать протокол и компьютерную программу во внешнем устройстве и затем переслать протокол в блок системы коммуникаций. Возможность применения протоколов, специально созданных для прибора, позволяет использовать любой компонент устройства согласно изобретению в одной системе и, таким образом, фактически любой нужный аналит может быть определен в одной системе.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения с одним идентификатором может быть связано множество протоколов. Например, если предпочтительно определять аналит для одного и того же субъекта один раз в неделю, а другой аналит - дважды в неделю, протоколы во внешнем устройстве, ассоциируемые с идентификатором, могут ассоциироваться каждый с разным днем недели, поэтому после определения идентификатора компьютерная программа во внешнем устройстве может выбирать нужный протокол, ассоциируемый с определенным днем недели. Такое оптимальное тестирование может привести к снижению расходов на систему HS за счет осуществления анализов по оптимальной схеме.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения субъекта снабжают множеством устройств, применяемых для определения разных аналитов. Например, пациент может использовать различные устройства в разные дни недели. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения программное обеспечение в операционной системе, ассоциирующее идентификатор с протоколом, может включать способ сравнения результатов текущего дня с результатами, полученными в тот день, когда, например, устройство использовалось на основе клинических испытаний. Если, например, результаты двух дней в неделю не являются идентичными, операционная система может отправить по беспроводной связи сообщение субъекту с помощью известных методов или методов, описанных в данной заявке, для того, чтобы обратить внимание субъекта о том, что в этот день устройство в системе было некорректным и следует применить нужное устройство. Этот пример является только иллюстративным и можно привести другие примеры, например, сообщение пациенту о том, что устройство не применялось в нужное время в этот день.
Система в соответствии с изобретением может также использовать метод оценки состояния субъекта по вычислительной сети. Система передачи информации может включать или не включать узел считывания данных для субъекта. Например, если данные о биомаркере получены в микрожидкостном устройстве на месте наблюдения, величины для различных отдельных биомаркеров могут быть считаны самим устройством или другим специальным устройством. Другим примером считывающего узла является система штрихкодов, сканирующая данные для субъекта, которые были введены в электронную историю заболевания или медицинскую книжку у врача. Еще один пример считывателя представляет собой базу данных об историях заболевания, из которой могут быть получены данные для определенного субъекта через сеть коммуникаций. Таким образом, может быть определена эффективность конкретных лекарств в режиме реального времени, что помогает определить целесообразность применения другого плана смягчения последствий от заболевания.
(б) Способы, реализуемые "полевой" системой (FS)
Устройства FS, описанные в данной заявке, обеспечивают эффективные средства для определения аналитов, содержащихся в образце жидкости пациента, в режиме реального времени. Соответственно, согласно одному из вариантов осуществления изобретения данное изобретение предусматривает способ определения аналита в образце жидкости организма, включающий помещение образца крови в устройство FS, взаимодействие образца, по меньшей мере, с одной ячейкой для анализа в устройстве и детектирование определимого сигнала, генерированного аналитом в образце крови.
На Фиг.5 показан вариант осуществления устройства FS, включающего, по меньшей мере, одну ячейку для анализа и, по меньшей мере, одну ячейку для реагентов. Ячейки для анализа (например, называемые наконечниками для анализа и наконечниками калибратора на Фиг.5) могут содержать поверхность захвата, а ячейки для реагентов могут содержать такие материалы, как конъюгаты, растворы для промывки и субстраты. Устройство, показанное на Фиг.5, включает также наконечник для отбора образцов цельной крови, наконечник для отбора образцов плазмы крови, лунку для ввода крови, лунку для гранул (сфер) и лунку для отделения плазмы, контактный наконечник или блок с промокательной бумагой, лунку для разведения, лунку для разведенного образца плазмы или лунку для разбавителя для плазмы и области удаления отходов.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения способ включает проведение иммуносорбентного ферментного анализа (ELISA). Анализируемый образец помещают в ячейку для сбора образцов в устройстве, описанном в данной заявке. Затем устройство вводят в систему считывателя, которая определяет вид картриджа или устройства, которое введено. Система считывателя затем устанавливает связь с внешним устройством, например, компонентом операционной системы в системе HS, с целью получения инструкций или протокола, которые позволяют узлу считывания осуществить нужный анализ или анализы в картридже. Протокол может быть отправлен в программируемый процессор устройства для передачи жидкостей в узле считывания. Например, устройство для передачи жидкостей использует наконечник для образцов в картридже и отбирает определенный объем образца из ячейки для сбора образцов и перемещает его в ячейку для предварительной обработки, где происходит удаление эритроцитов. Затем осуществляют всасывание плазмы крови в наконечник для плазмы или любой наконечник для анализа с помощью устройства для передачи жидкости согласно протоколу. Наконечник, содержащий плазму, затем отбирает разбавитель для разведения образца, необходимого для проведения анализа. Могут быть осуществлены многократные различные разведения путем осуществления серийного разведения образца. Например, каждый наконечник для анализа или каждая ячейка для анализа могут содержать разные разведения образца. После всасывания образца в ячейку для анализа устройством для передачи жидкостей, ячейка для анализа может пройти стадию инкубации образца для прикрепления любого целевого аналита к поверхности захвата. Стадия инкубации в этом примере может проводиться при температуре системы или при комнатной температуре в течение некоторого промежутка времени, например, в течение 10 мин, или в устройстве нагрева в системе. Ячейка для анализа может взаимодействовать с ячейкой для реагента, обращение к которой происходит с помощью реагента, соответствующего проводимому анализу в каждой отдельной ячейке для анализа, которая содержит поверхность захвата. В данном варианте осуществления изобретения первый реагент представляет собой раствор детектора, применяемый в методе ELISA, например, раствор, содержащий антитело-детектор, такое как меченое антитело к белку, отличающееся от антитела поверхности захвата. Раствор детектора затем отбирается из ячейки для анализа, затем туда всасывается раствор для промывки для удаления любого избытка раствора детектора. Могут быть применены многочисленные стадии промывки. Последний добавляемый реагент представляет собой субстрат фермента, который вызывает хемилюминесценцию раствора связанного детектора. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения осуществляют считывание результатов анализа детектором системы, в то время как наконечник все еще содержит продукт анализа. Согласно другим вариантам осуществления изобретения субстрат удаляют из ячейки для анализа, а результаты анализа считывают детектором системы. На каждой стадии при необходимости может проходить инкубация. В данном варианте осуществления изобретения весь процесс после помещения картриджа в систему автоматизирован и осуществляется по протоколу или согласно набору инструкций для программируемой системы.
Один из вариантов осуществления способа начинается с помещения образца крови в лунку для ввода крови. Затем образец отбирают наконечником для отбора и помещают в лунку для отделения плазмы. Или же кровь может быть помещена прямо в лунку, содержащую сепаратор для крови. Например, отделение плазмы может быть проведено разнообразными методами, описанными в данной заявке. В данном варианте осуществления изобретения отделение плазмы происходит с помощью магнитных сфер и антител для удаления компонентов крови, не являющихся плазмой. Затем плазма может быть перенесена с помощью наконечника для забора плазмы для того, чтобы не произошло загрязнение образца, вызываемое применением наконечника для отбора цельной крови. В данном варианте осуществления изобретения наконечник для забора плазмы может отбирать заданное количество разбавителя и разводить образец плазмы. Образец разведенной плазмы переносят в ячейки для анализа (наконечники для образцов) для связывания с поверхностью захвата. Ячейки для анализа могут быть подвержены инкубации для осуществления реакции захвата. Затем ячейка для анализа может быть использована для конъюгата связывания во время реакции в этой ячейке. Конъюгат может содержать вещество, которое обеспечивает определение целевого аналита детектором, например, оптическим. После добавления конъюгата в ячейку для анализа может протекать инкубация. Согласно варианту осуществления изобретения с использованием устройства, показанного на Фиг.5, ячейка для реагентов, содержащая раствор для промывки конъюгата, подвергается удалению любого избытка конъюгата, который может помешать определению аналита, с помощью ячейки для анализа (наконечника для образцов). После отмывки избытка конъюгата субстрат может быть добавлен в ячейку для анализа для детектирования. Кроме того, при осуществлении этого способа может применяться калибрующий наконечник (ячейка для анализа) для калибровки детектирования и определения аналита в образце. Другие способы, похожие на способ, описанный в этом примере, описаны ниже.
В системе или в устройствах в соответствии с изобретением могут быть использованы любые жидкости организма, в которых может содержаться целевой аналит. Например, в лунку для ввода или сбора образцов в примере на Фиг.5 можно собирать любой вид жидкостей организма, которые включают в частности кровь, сыворотку, слюну, мочу, желудочный сок и пищеварительный сок, слезы, стул, семенную жидкость, вагинальное отделяемое, жидкости, получаемые из ткани опухолей, экстрагированные из образцов тканей, и спинномозговую жидкость. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения жидкость организма представляет собой кровь, образец которой может быть взят из пальца. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения жидкостью организма является плазма крови. Согласно другому варианту осуществления изобретения таким образцом служит образец немодифицированной крови.
Жидкость организма отбирают у пациента и помещают в устройство разными методами, включая применение ланцета, инъекцию или применение пипетки. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ланцетом прокалывают кожу и доставляют образец в устройство, используя, например, силу тяжести, капиллярное действие, аспирацию или вакуум. Ланцет может находиться на столике устройства или быть частью узла считывания или храниться отдельно. При необходимости ланцет может быть приведен в действие различными механическими, электрическими, электромеханическими методами или с помощью их комбинации. Согласно другому варианту осуществления изобретения, когда активация не требуется, субъект может просто поместить жидкость организма в устройство, например, это может быть образец слюны. Собранную жидкость можно поместить в лунку для сбора или в лунку устройства. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения ланцет, активируемый пользователем, и капиллярная система, собирающая образцы расположены в устройстве.
Объем образца жидкости организма, используемый в способе и устройстве, описанных в данной заявке, обычно равен менее примерно 500 мкл, примерно 1-100 мкл. При необходимости для определения аналита при помощи прибора у пациента можно применять образец объемом от 1 до 50 мкл, от 1 до 40 мкл, от 1 до 30 мкл, от 1 до 10 мкл или даже от 1 до 3 мкл. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения объем образца составляет 20 мкл. Небольшой избыток образца по сравнению с количеством, нужным для анализа, также может быть отобран, например, избыток, равный 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 12%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 95% или 100%. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения отбирают избыток, составляющий более 100%. Например, когда объем образца, требующийся для анализа, равен, например, 15 мкл, в систему вводится объем в пределах от 16 до 50 мкл.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения объем образца жидкости организма, применяемый для определения аналита в "полевой" системе, представляет собой одну каплю жидкости. Например, согласно изобретению образец жидкости организма для анализа представляет собой одну каплю крови, взятой из пальца.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения образцы жидкости из организма используют для определения содержащихся в них аналитов без их обработки. Однако при необходимости такие образцы перед проведением анализа в устройстве могут быть предварительно обработаны. Выбор вида предварительной обработки зависит от вида жидкости и/или природы определяемого аналита. Например, когда аналит содержится в образце жидкости организма в небольшом количестве, можно провести концентрацию образца обычными методами с целью обогащения его аналитом. Методы концентрации аналита включают в частности сушку, выпаривание, центрифугирование, седиментацию, осаждение и амплификацию. Когда аналитом является нуклеиновая кислота, она может быть экстрагирована с помощью различных ферментов или растворов химических веществ или смол, связывающих нуклеиновую кислоту в соответствии с инструкциями производителей. В случае анализа образцов крови или плазмы образец можно смешать с антикоагулянтом, таким как ЭДТК или гепарин. Эти агенты могут быть добавлены в сухом виде. Когда аналитом является молекула на поверхности клетки или внутри клетки, может быть проведена экстракция с применением лизирующих агентов, включающих в частности актикоагулянты, такие как ЭДТК или гепарин, денатурирующий детергент, такой как SDS, или неденатурирующий детергент, такой как Thesit®, дезоксихолат натрия, тритон Х-100 и твин-20.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения пользователь отбирает образец жидкости организма с помощью шприца. Жидкость попадает в шприц по капилляру. При анализе аналита в образце крови пациент прокалывает палец и касается крови наружным концом стеклянного капилляра, кровь всасывается за счет капиллярного эффекта и заполняет капилляр. В некоторых случаях объем образца известен. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения объем образца находится в пределах от 5 до 20 мкл или в других пределах, указанных выше.
Согласно другому варианту осуществления изобретения предусмотрены способ и система для получения образца плазмы, практически не содержащей эритроцитов, из образца крови.
Часто при анализе крови целевой аналит находится в сыворотке или в плазме крови. Для клинических целей конечная сообщаемая величина концентрации аналитов в крови часто относится к их концентрации в сыворотке крови или в плазме крови разведенного образца. Во многих случаях именно сыворотка или плазма крови являются средой для анализа в лаборатории. Перед проведением анализа необходимы две операции: разведение и удаление эритроцитов. Образцы крови отличаются друг от друга разным объемом, который занимают эритроциты (величина гематокрита меняется от примерно 20% до примерно 60%). Кроме того, на местах наблюдения за пациентом, когда системы для анализа используются неспециалистами, например, прибор используется пациентом, мониторинг которого проводит система Health Shield, дома, полученный объем образца может быть не таким, какой нужен для анализа. Если изменение объема не определено, это может привести к ошибке при определении концентраций аналита.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения предусмотрен способ выделения плазмы из образца крови, включающий смешение образца крови в присутствии способных намагничиваться частиц в ячейке для сбора образцов, причем намагничивающиеся частицы включают поверхность захвата антитела для связывания неплазменных компонентов образца крови, и наложение магнитного поля над участком сбора плазмы для образования суспензии неплазменных компонентов образца крови в верхней части участка сбора плазмы с получением выделенной плазмы крови.
Для обработки образцов крови устройство или система в соответствии с изобретением могут содержать магнитный реагент, который связан с эритроцитами и способствует удалению эритроцитов из плазмы в магнитном поле. Реагент может быть в виде лиофилизата, а также в виде жидкой дисперсии. Реагент, состоящий из намагничивающихся частиц (с размером, составляющим, например, примерно 1 мкм), может содержать покрытие из антитела к антигену эритроцита или к некоторой молекуле-адаптеру. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения этот реагент содержит также несвязанные антитела к поверхностным антигенам эритроцитов, которые могут быть немеченными или меченными адаптером (таким как биотип, дигоксигенин или флуоресцеин). Согласно одному из вариантов осуществления анализа образца крови эритроциты в разведенном образце коагглютинируют вместе с намагничивающимися частицами, чему способствует наличие антитела. В альтернативных вариантах осуществления изобретения в качестве агента коагглютинации может применяться лецитин, который распознает карбогидрат на поверхности эритроцитов. Иногда применяют комбинации агглютинирующих агентов. В альтернативных вариантах осуществления изобретения устройство согласно изобретению может включать фильтр для крови, такой как прокладка из стекловолокна, для облегчения отделения эритроцитов от образца.
Когда кровь смешивается с магнитным реагентом, возникает коагглютинация, при которой большая часть (если не все) эритроцитов образует смешанный агглютинат с намагничивающимися частицами. Растворение реагента и смешение осуществляются путем повторяющейся аспирации с помощью наконечника или наконечника для сбора образцов по изобретению или наконечника пипетки. После образования способной к намагничиванию массы она может быть отделена от плазмы крови с помощью магнитного поля, которое удерживает массу на месте, а плазма выходит из наконечника. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения плазма выходит из наконечника под действием силы тяжести при вертикальном положении наконечника, в то время как магнит удерживает указанную массу на месте. Согласно другому варианту осуществления изобретения плазму извлекают из наконечника под действием вакуума или давления, в то время как указанная масса остается в наконечнике. Плазма может быть помещена в лунку, другой наконечник или в ячейку для анализа.
Пример осуществления способа отделения плазмы в соответствии с изобретением показан на Фиг.14А-14Е. На Фиг.14А образец 901 цельной крови всасывается наконечником 910 для образцов, описанным в данной заявке, например в количестве около 20 мкл. Затем образец 901 цельной крови помещают в лунку 920 для разделения (например, в лунку, содержащую магнитные гранулы или частицы). На Фиг.14B показано осуществление стадии суспендирования и смешения магнитного реагента с образцом 902 цельной крови в лунке для разделения (содержащей, например, магнитные гранулы и свободные молекулы для связывания). На Фиг.14С показана полость 930 объемом 10 мкл, которая использована для предотвращения потери жидкости из наконечника 910. Смесь 930 образца цельной крови и магнитных частиц проходит стадию инкубации в течение нескольких секунд (например, от 60 до 180 с) для осуществления реакции агглютинации.
На Фиг.14D показано наложение магнитного поля 940 на смесь образца цельной крови с магнитными частицами. Магнитное поле 940 может быть создано магнитным воротником 942, который включен в систему, или любыми другими известными средствами. Магнитное поле 940 притягивает любые частицы, прилипшие к магнитным частицам. При этом плазма 903, которая не прилипла к магнитным частицам, может быть отделена от неплазменных компонентов цельной крови в образце.
На Фиг.14Е показан способ помещения образца 903 плазмы крови, отделенной с помощью магнитных частиц, в лунку или ячейку устройства, описанного в данной заявке. Образец 903 плазмы крови может быть также помещен в наконечник или в ячейку для анализа или в любое другое устройство для анализа, известное из уровня техники. Как показано на Фиг.14Е, магнитное поле 940 перемещается вместе с наконечником 910, помещающим образец 903 плазмы крови. В данном варианте осуществления изобретения из образца цельной крови объемом 20 мкл было отделено от 5 до 8 мкл плазмы. С помощью описанного способа можно отделить от образца цельной крови плазму в количестве 1-99% в расчете на образец. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения 25-60% от объема образца цельной крови составляет плазма, которая может быть отделена.
Описанный вариант осуществления способа может содержать другие стадии. Для перемещения образца плазмы крови в другую лунку или ячейку капиллярный наконечник для плазмы (который может быть приведен в действие роботизируемой системой или другой системой согласно изобретению) собирает образец плазмы крови за счет капиллярного эффекта или аспирации. Другая стадия может включать перемещение образца плазмы в разбавитель, затем образец может быть разведен. Затем разведенный образец плазмы крови может быть собран в заданном объеме с помощью наконечника для сбора жидкости. Разведенный образец плазмы может затем быть перемешан и помещен в лунку или ячейку устройства для размещения в множество ячеек для анализа согласно изобретению. Образец может быть помещен в любое устройство, такое как микротитрационный планшет, что очевидно для специалиста в данной области техники.
Вариант осуществления способа, показанный на Фиг.14А-14Е, может быть осуществлен в других устройствах и системах, таких, как устройства FS, описанные в данной заявке. Например, наконечник для передачи жидкостей может содержать агглютинировавшую массу, а плазма может быть помещена в микротитрационный планшет. Для осуществления описанного способа отделения плазмы крови могут применяться другие устройства и системы, очевидные для специалиста в данной области техники.
Образец жидкости организма может быть разведен различными другими методами, например, с применением устройства для сбора образцов, способного к осуществлению разведения. Корпус такого устройства может включать трубчатый элемент. В этом трубчатом элементе два подвижных затвора могут содержать определенный объем разбавителя. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения объем разбавителя является заданным, например, он может быть равным от 50 мкл до 1 мл, предпочтительно от примерно 100 мкл до 500 мкл.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения устройство FS согласно изобретению применяют при осуществлении способа автоматического определения множества аналитов в образце жидкости организма, включающего: помещение образца жидкости организма в струйное устройство, причем струйное устройство включает: ячейку для сбора образцов, выполненную с возможностью приема образца жидкости организма; набор ячеек для анализа, при этом отдельная ячейка для анализа в этом наборе выполнена с возможностью проведения химической реакции, генерирующей сигнал, свидетельствующий о наличии отдельного аналита из указанного множества аналитов, определение которых проводится; и набор ячеек для анализа, при этом отдельная ячейка для анализа в этом наборе содержит реагент. Способ может также включать применение отдельной ячейки для анализа, использующей устройство для передачи жидкостей. Образец организма жидкости может быть помещен из ячейки для сбора образцов в ячейку для анализа с применением устройства для передачи жидкостей, а реагент из отдельной ячейки для реагентов может перемещаться в отдельную ячейку для анализа, при этом происходит реакция реагента с образцом жидкости организма с образованием сигнала, показывающего наличие аналита из множества определяемых аналитов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения устройство для передачи жидкостей содержит множество головок, причем каждая отдельная головка выполнена с возможностью размещения в ней отдельной ячейки для анализа; и устройство для передачи жидкостей включает программируемый процессор, выполненный с возможностью направления образца жидкости организма из ячейки для сбора образцов и реагента из отдельной ячейки для реагентов в отдельную ячейку для анализа.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения предусмотрены инструкции для программируемого процессора, разработанные, например, пользователем, пациентом или производителем. Инструкции могут поступать от внешнего устройства, такого как персональное электронное устройство, или, предпочтительно, из компонента операционной системы системы Health Shield. Инструкции могут быть направлять стадию передачи образца жидкости организма в отдельную ячейку для анализа. Например, передача образца жидкости организма может влиять на степень разведения образца жидкости организма в отдельной ячейке для анализа для получения сигнала, указывающего на наличие отдельного аналита из числа аналитов, выявляемых в определимом интервале. В некоторых вариантах осуществления изобретения степень разведения образца жидкости организма вызывает образование сигналов, указывающих на наличие, по меньшей мере, двух отдельных аналитов.
Для определения того, находится ли определение аналита или совокупности аналитов способом, описанным в данной заявке, в определенном интервале значений или вне него, может быть применена методика распознавания образов. Например, определенные сигналы вне предусмотренного интервала могут быть исключены. Определенный интервал может быть установлен во время калибровки струйного устройства, ячеек для реагентов и анализа. Например, определяется интервал, когда сборка устройства происходит по принципу "строго вовремя".
В некоторых вариантах осуществления изобретения, если определимый сигнал аналита, определенный при более низкой степени разведения превышает значение сигнала при более высокой степени разведения, первый сигнал считается недостаточным для вычисления количественного результата. В большинстве случаев величины концентраций аналита в образце, соответствующие сигналам образцов с различной степенью разведения, снижаются по мере того, как степень разведения становится больше. Если это случается, результат анализа выверяется. Устройства FS, описанные в данной заявке, обеспечивают большую гибкость правил контроля качества, например, описанных в данной заявке, по сравнению со многими устройствами проведения анализа в месте наблюдения за пациентом. Описанные устройства FS обеспечивают большее количество параметров контроля качества, чем можно ожидать от работы лаборатории.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения образец разводится в отношении, удовлетворяющем требованиям высокой чувствительности и низкой чувствительности при проведении анализов. Например, отношение разведения образца к разбавителю может находиться в пределах 1:10000-1:1. Устройство может обеспечить разведение образца в различных местах. Устройство может также обеспечить серийные разведения образца. Сочетание серийного разведения с широким динамическим интервалом детектирования люминесценции с помощью фотоумножителя позволяет осуществлять количественное определение аналитов в интервале с верхним пределом около 1000 ООО 000. Например, в случае биомаркеров белков интервал может составлять от примерно 1 пг/мл до 1000 мкг/мл.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения образец, содержащий аналит, может перемещаться из первого места расположения во второе место с применением аспирации, шприцев или пипеток. Образец может быть собран в наконечник по принципу капиллярного эффекта или при пониженном атмосферном давлении. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения образец перемещается во многие точки, включая набор ячеек для анализа в устройстве по изобретению и различные лунки в устройстве по изобретению. Процесс перемещения образца может быть автоматизирован системой в соответствии с изобретением, описанной в данной заявке.
Ячейки для анализа и/или наконечники, содержащие образец, также могут перемещаться из одной точки в другую. Процесс перемещения ячейки для анализа или наконечника для сбора образцов может быть автоматизирован и осуществляться согласно протоколу, разработанному пользователем.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения ячейки для анализа перемещаются для сбора реагента из ячейки для реагентов согласно изобретению. Согласно многим вариантам осуществления изобретения перемещение ячейки для анализа автоматизировано. Для отбора реагента из ячейки для реагентов в ячейку для анализа используют принцип аспирации, шприцы или пипетки.
После добавления образца в ячейку для анализа, которая содержит поверхность захвата, эта ячейка проходит стадию инкубации в течение определенного периода времени, необходимого для осуществления реакции между образцом и поверхностью захвата ячейки для анализа. Время, необходимое для инкубации реакционной среды, часто зависит от типа проводимого анализа. Этот процесс также может быть автоматизирован. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения продолжительность инкубации составляет от 30 с до 60 мин. Согласно другому варианту осуществления изобретения инкубация длится 10 мин.
Инкубация содержимого ячейки для анализа может быть приведена при повышенной температуре. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения инкубация проводится при температуре в пределах от примерно 20° до примерно 70°С. Ячейка для анализа может быть помещена в блок нагрева для повышения температуры ячейки для анализа и/или содержимого ячейки для анализа.
Согласно одному из вариантов осуществления способа, осуществляемого системой FS в соответствии с изобретением, в ячейку для анализа после помещения анализируемого образца добавляют конъюгат. Конъюгат может содержать молекулу для мечения аналита, захваченного поверхностью захвата, в ячейке для анализа. Примеры конъюгатов и поверхностей захвата описаны ниже. Конъюгат может представлять собой реагент, содержащийся в ячейке для реагентов. Конъюгат может быть помещен в ячейку для анализа с применением аспирации, шприцов или пипеток. После помещения конъюгата в ячейку для анализа осуществляют инкубацию этой ячейки с целью взаимодействия конъюгата с аналитом в ячейке для анализа. Продолжительность инкубации определяется видом анализа или видом аналита. Температура инкубации может быть любой, подходящей для реакции.
Согласно другому варианту осуществления изобретения в устройстве FS согласно изобретению может быть использован способ калибровки устройства для автоматического определения аналита в образце жидкости организма. Устройство может включать набор адресуемых ячеек для анализа, выполненных с возможностью проведения химической реакции, генерирующей определимый сигнал, свидетельствующий о наличии или отсутствии аналита, и набор адресуемых ячеек для реагентов, каждая из которых соответствует одной или более адресуемых ячеек для анализа в указанном устройстве, при этом такие отдельные ячейки для реагентов откалиброваны в отношении соответствующей ячейки (ячеек) для анализа, введенных в устройство для полного анализа. Конечное мультиплексное устройство может затем быть собрано с использованием калиброванных компонентов для получения устройства, а также способа и системы с использованием устройства и модульных компонентов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения калибровка устройств для мультиплексных анализов осуществляется, как описано выше, с одновременным осуществлением всех анализов в устройстве для мультиплексного анализа.
Калибровка может быть проведена предварительно путем определения характеристик реагентов для анализа, таких как конъюгаты, до того как ячейки для анализа и ячейки для реагентов монтируют в устройстве согласно изобретению. Данные калибровки и алгоритмы могут быть сохранены на сервере, связанном с системой для анализа беспроводной связью. Калибровка может быть проведена до начала работы системы или ретроспективно при проведении анализов в реплицирующейся системе в отдельном месте или при использовании информации, полученной при применении системы для анализа.
Согласно одному варианту осуществления изобретения для определения или верификации степени разведения образца жидкости организма может применяться контрольный материал. Например, при проведении другого вида твердофазных анализов, такого как ELISA, использующего твердофазный реагент, трудно качественно осуществлять контроль без разрушения его функции. Описанные в настоящем описании системы и способы в соответствии с изобретением обеспечивают способы определения степени разведения, достигаемой в системе проведения анализа в месте наблюдения за пациентом с использованием устройства разового пользования с автоматическим смешением и/или разведением.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения способ предусматривает ретроспективный анализ, например, путем применения компонента операционной системы для анализа данных в режиме реального времени до отправления результатов. Например, при проведении анализа может быть параллельно проведен контрольный анализ. Контрольный анализ обеспечивает определение ожидаемого разведения образца. В некоторых вариантах осуществления изобретения контрольный анализ может выверить степень разведения образца и тогда разведение образца для анализа или множества анализов, проводимых в системе, может считаться точным.
Способ измерения объема жидкого образца может включать: взаимодействие известного количества контрольного аналита в жидком образце с реагентом, генерирующее определимый сигнал, свидетельствующий о наличии контрольного аналита; и сравнение интенсивности указанного сигнала с ожидаемой интенсивностью указанного определимого сигнала, при этом ожидаемая интенсивность указанного сигнала показывает ожидаемый объем жидкого образца, причем такое сравнение обеспечивает определение указанного объема указанного жидкого образца. Во многих случаях контрольный аналит отсутствует в определимом количестве в указанном жидком образце.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения способ может также включать верификацию величины объема указанного жидкого образца, когда измеренный объем образца составляет примерно 50% от ожидаемого объема этого образца.
Способ, осуществляемый в устройстве FS может включать: взаимодействие образца жидкости организма, содержащей целевой аналит, с реагентом, в результате чего происходит генерация определимого сигнала, свидетельствующего о наличии этого аналита; определение количества целевого аналита в образце жидкости организма по интенсивности указанного определимого сигнала, показывающего наличие целевого аналита, и величине объема указанного образца жидкости. Образец жидкости и образец жидкости организма могут быть одним и тем же образцом. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения контрольный аналит не реагирует с целевым аналитом в образце жидкости организма, тем самым не влияя на процесс определения целевого аналита.
В некоторых вариантах осуществления изобретения образец жидкости (используемый как контрольный) и образец жидкости организма являются разными образами жидкости, содержащими определяемый аналит. Например, это может быть контрольная жидкость, такая как контрольный раствор, содержащий известное количество контрольного аналита. Этот вид контроля позволяет определить, что анализ осуществляют по правильной схеме.
Контрольный аналит, применяемый для верификации степени разбавления образца, может представлять собой в частности альбумин, меченный флуоресцеином, IgG, меченный флуоресцеином, анти-флуоресцеин, антидигоксигенин, альбумин, меченный дигоксигенином, IgG, меченный дигоксигенином, биотинилированные белки, IgG, не являющийся человеческим. Другие примеры контрольных аналитов очевидны для специалиста. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения контрольный аналит не содержится в образце жидкости человеческого организма. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения контрольный аналит добавляют к образцу в жидком виде или в сухом виде.
Система проведения анализа в месте наблюдения за пациентом, описанная в данной заявке выполненной с возможность, определения множества аналитов в образце, способна осуществлять разведение и смешение жидкостей. Во многих случаях автоматизированная система или пользователь могут использовать контрольный анализ для определения действительно достигнутой степени разведения и учитывать полученный результат в системе калибровки. Например, контрольный аналит может быть не обнаружен в соответствующем образце и высушен в ячейке для реагентов. Количество высушенного контрольного аналита может быть известно, он смешивается с образцом в ячейке для реагентов. Для определения объема образца и степени его разведения может быть измерена концентрация аналита.
Примеры контрольных аналитов при проведении иммунологического анализа включают в частности белок, меченный флуоресцеином, биотинилированный белок, меченный флуоресцеином, меченный Axlexa™, меченный родамином, меченый Texas Red, иммуноглобулин. Например, мечение может осуществляться при наличии, по меньшей мере, двух гаптенов, связанных с молекулой белка. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения с молекулой белка связаны 1-20 гаптенов. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения с молекулой белка связаны 4-10 гаптенов. Многие белки содержат большое количество свободных аминогрупп, к которым могут быть присоединены гаптены. Во многих случаях модифицированные гаптенами белки являются стабильными и растворимыми. Гаптены, такие как флуоресцеин и Texas Red, имеют слишком большие и жесткие молекулы для получения антител с высоким сродством (например, молекула гаптена достаточно велика, чтобы соединиться с сайтом связывания антитела). Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения гаптены могут быть присоединены к белкам с помощью таких реагентов, как изотиоцианат флуоресцеина и эфир флуоресцеина и карбоновой кислоты (NHS), образуя контрольные аналиты, распознаваемой частью которых в ходе анализа является гаптен.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения при осуществлении способа используется высушенный контрольный аналит. В некоторых вариантах осуществления изобретения высушенный контрольный аналит не разводит аналит, и контрольный аналит становится более стабильным. Высушенный контрольный аналит может быть получен так, что он растворяется быстро и/или полностью под действием жидкого образца. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения контрольный аналит может быть аналитом, для которого подходят антитела с высокой аффинностью. В некоторых случаях контрольный аналит не взаимодействует с эндогенными компонентами образца. Кроме того, этот аналит может быть дешевым и/или его легко получить. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения контрольный аналит стабилен во время срока функционирования устройства или системы согласно изобретению. Примеры носителей, применяемых для получения аналитов с ковалентно связанными гаптенами, включают белки, такие как в частности альбумин, IgG и казеин. Примеры полимерных носителей, применяемых для получения новых аналитов с ковалентно связанными гаптенами, включают в частности декстран, поливинилпирролидон. Примеры эксципиентов, используемых для получения и стабилизации контрольных аналитов, включают в частности сахарозу, соли и буферные вещества (такие как фосфат натрия и трис-хлорид).
Контрольные аналиты, описанные в данной заявке, могут быть использованы разными способами, включая описанные в данной заявке примеры. Например, может осуществляться измерение объема образца. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения способ включает определение фактора разведения или степени разведения образца. В некоторых вариантах осуществления изобретения способ осуществляет определение концентрации контрольного аналита в образце. При использовании системы и устройства согласно изобретению для определения совокупности аналитов, результаты способа применения контрольного аналита могут быть использованы для верификации или анализа целевых аналитов. Например, устройство для передачи жидкостей с множеством головок может применяться для помещения жидкости в совокупность ячеек для анализа, включая контрольную ячейку. В некоторых случаях можно предположить, что количество жидкости, помещенной в совокупность ячеек, является таким же или похожим в каждой ячейке. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения способ в соответствии с изобретением, осуществляемый с применением контрольного аналита, может быть использован для верификации правильности величины объема собранного и используемого образца. Согласно другому варианту осуществления изобретения способ осуществляет верификацию величины объема разбавителя, добавленного к образцу. Может быть также верифицирован фактор или степень разведения. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения способ, осуществляемый с контрольным аналитом, осуществляет верификацию объема разведенного образца, помещенного в совокупность ячеек.
На Фиг.15 показана схема осуществления способа контрольного анализа, описанного в данной заявке, с известным количеством контрольного аналита. Блок 1010 до помещения в картридж может быть заполнен раствором 1001, содержащим известное количество контрольного аналита 1002. Жидкий раствор может быть высушен и в ячейке 1010 остается контрольный аналит 1002. Затем ячейка 1010 может быть помещена в устройство для использования. Когда ячейка 1010 используется и в нее помещают образец или разбавитель 1003, образец 1003 может быть помещен в нужном объеме и смешан с высушенным контрольным аналитом 1002 в ячейке 1010 с получением контрольного раствора 1004 с ожидаемой концентрацией. Контрольный раствор 1004 может быть разведен. Согласно одному варианту осуществления изобретения контрольный аналит может быть определен в устройстве так же, как целевой аналит. Концентрация контрольного аналита в контрольном растворе 1004 измеряется. Измеренная величина концентрации может быть использована для расчета объема образца 1003, добавленного для получения контрольного раствора 1004. Тогда пользователь может сравнить полученную величину объема образца 1003 с расчетным объемом образца 1003.
Эритроциты могут быть удалены из образца крови. Однако, если какое-то количество эритроцитов остается или они не удаляются из образца крови, для корректировки влияния эритроцитов в образце крови можно применить способ анализа с контрольным аналитом. Поскольку величина гематокрита может меняться в значительной степени (например, гематокритная величина может составлять от 20 до 60% от общего объема образца) количество аналита в фиксированном или расчетном объеме (v) крови может быть функцией гематокритной величины (Н, выраженной как дробное число). Например, количество аналита с концентрацией C в плазме составляет C*v*(1-Н). Таким образом, это количество для образца с гематокритной величиной равной 0,3 в 1,4 раза превышает это количество для образца с гематокритной величиной, составляющей 0,5. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения неразведенная кровь может быть помещена в описанное устройство и затем производится удаление эритроцитов. После этого может быть определена концентрация контрольного аналита в плазме для расчета объема образца плазмы и определения гематокритной величины.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения необходимо отмыть несвязанный конъюгат на реакционном сайте, чтобы предотвратить влияние несвязанных конъюгатов на точность детектирования. Ограничительным признаком многих иммунологических анализов является стадия промывки. Компромисс между минимальным уносом и высокой чувствительностью зависит от степени удаления несвязанного конъюгата. При применении микропланшета стадия промывки очень затруднена из-за сложностей, связанных с удалением жидкости для промывки из лунки (например, при автоматическом удалении). Ячейка для анализа устройства согласно изобретению имеет ряд преимуществ при работе с жидкостями. Так, преимущество может состоять в повышении значения отношения сигнала к шуму при проведении анализа.
Удаление конъюгата затрудняется, если конъюгаты прилипают к краям ячеек для анализа и нет избытка промывной жидкости. Отмывка конъюгата производится или подачей промывного раствора сверху или всасыванием промывного раствора и выгрузкой жидкости аналогично выгрузке образца. Промывка может повторяться столько раз, сколько это необходимо.
При использовании буфера для промывки устройство может сохранять этот буфер в ячейках для реагентов, и ячейка для реагентов может применяться для осуществления промывки. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения реагент для промывки способен удалять несвязанный реагент из ячеек для анализа на примерно 99, 99,9 или 99,999%. В целом, желательна высокая эффективность промывки, обеспечивающая высокую степень уменьшения интенсивности нежелательных фоновых сигналов. Эффективность промывки обычно определяется отношением величины сигнала, появляющегося при проведении данного анализа, к величине сигнала, появляющегося при проведении анализа без стадии промывки, и легко может быть определена в ходе обычного экспериментирования. Может быть предпочтительным увеличение объема промывного раствора и продолжительности инкубации, но без вредных последствий для генерируемых в ходе данного анализа сигналов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения промывку осуществляют, используя примерно 50-5000 мкл буфера для промывки, предпочтительно, 50-500 мкл этого буфера, в течение примерно 10-300 с.
Кроме того, благоприятно использовать несколько стадий промывки небольшими объемами промывного раствора, с интервалами без применения этого раствора. Такая последовательность обеспечивает диффузионную промывку, когда меченые антитела диффундируют постепенно в массу промывного раствора из защищенных частей ячейки для анализа, таких как края или поверхности, где они находятся в свободном состоянии и могут быть удалены при движении промывного раствора из сайта реакции.
Согласно многим вариантам осуществления изобретения последняя стадия состоит в подаче фермента-субстрата для определения конъюгата оптическими или электрическими средствами. Примеры субстратов будут описаны ниже.
Например, реагент в отдельной ячейке для реагентов устройства может представлять собой фермент-субстрат для иммунологического анализа. Согласно другому варианту осуществления изобретения стадия перемещения субстрата из отдельной ячейки для реагентов может повторяться после реакции на сайте захвата. Например, фермент-субстрат помещают в сайт реакции и проводят инкубацию. После измерения интенсивности полученного сигнала использованный субстрат может быть удален и заменен свежей порцией субстрата и затем генерированный сигнал снова измеряется. Сигнал, свидетельствующий о наличии отдельного аналита, может быть детектирован при использовании системы, описанной в данной заявке, как после первого, так и после второго применения субстрата. Используемый второй раз субстрат обычно бывает таким же, как первый субстрат. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения второй субстрат вводится в реакционный сайт из второй ячейки для реагентов устройства по изобретению. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения второй субстрат подается в реакционный сайт из той же ячейки для реагентов, что и первый субстрат. Второй субстрат вызывает вторую реакцию, генерирующую второй сигнал, показывающий наличие отдельного аналита. Величины интенсивности первого сигнала и второго сигнала могут сравниваться для определения конечной интенсивности сигнала, показывающего наличие отдельного аналита и свидетельствующего о корректности проведения анализа.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения интенсивности множественных сигналов могут быть использованы для контроля качества анализа. Например, если интенсивность сигналов отличается на 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100% или более, результаты анализа отбрасываются.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения описанный в данной заявке способ включает повторную загрузку образца и/или детектора-конъюгата (меченного ферментом антитела) и/или фермента-субстрата для уточнения или подтверждения сигнала или для использования в качестве внутреннего контроля. Например, может быть осуществлено повторное использование наконечника или ячейки для анализа для верификации их функции и/или для добавления другого образца или контрольных материалов, приводящих к генерированию второго сигнала.
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ повторной загрузки субстрата в ячейку для фермента осуществляют за счет возможности системы по изобретению автоматически перемещать образцы жидкости и реагенты в ячейки для анализа. Некоторые виды анализов не требуют немедленного получения результата или его получения по расписанию, следовательно, контрольный способ дает возможность повысить надежность результатов. Ответ, наблюдаемый после повторения стадий добавления фермента-субстрата можно применять для верификации первоначального результата или для определения эффективности добавок.
Эксперименты показали, что при добавлении второй порции фермента-субстрата в ячейку для анализа может сохраняться воспроизводимость результатов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения контрольный способ обеспечивает реплицированные анализы с применением ячейки для анализа, дающие ответ, значительно меньше ожидаемого.
При осуществлении описанных контрольных способов имеют место многочисленные ошибки, которые могут быть объяснены именно проведением контрольных опытов. Примеры ошибок включают в частности неправильное изготовление ячейки или устройства для анализа, некорректную аспирацию образца и/или одного или более реагентов, неправильное положение ячейки для анализа относительно фотоумножителя во время детектирования и отсутствие ячейки для анализа в устройстве или системе.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения предусмотрен способ автоматического мониторинга соблюдения режима лечения пациентом. Этот способ включает стадии осуществления реакции образца жидкости организма с реагентами для анализа в устройстве для получения определимого сигнала, являющегося индикатором наличия аналита в указанном образце; детектирования указанного сигнала указанным устройством; сравнения полученного сигнала с известным профилем, связанным с медицинским лечением, для определения соблюдения или несоблюдения указанного медицинского лечения и уведомление субъекта или связанных с ним лиц, например, сотрудников локальной службы здравоохранения, о факте такого соблюдения или несоблюдения. Это является важным для систем HS согласно изобретению, поскольку меры по смягчению последствий заболевания будут не такими эффективными, если рекомендуемый режим лечения не соблюдается. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения о случаях несоблюдения режима приходят отчеты в системы операционной системы. Модель может быть обновлена в случае несоблюдения режима. Официальные лица, проводящие мониторинг результатов, моделируемых операционной системой, могут контактировать с чиновниками на местах для принятия активных мер.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения система и способы в соответствии с изобретением могут определять тенденции изменения уровней биомаркеров и информации, получаемой ежедневно о состоянии пациентов, во времени, результаты такого анализа могут применяться для регулировки дозы лекарства до оптимального уровня для конкретных пациентов (например, определения интервала адаптивно регулируемых доз).
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения несоблюдение режима лечения может включать прием неверной дозы фармацевтического агента, включая в частности прием многократных доз или неприем лекарства, или некорректный прием смеси фармацевтических агентов. Согласно предпочтительным вариантам осуществления изобретения пациента уведомляют практически немедленно после сравнения полученного сигнала с известным профилем.
Пациент, мониторинг состояния которого осуществляет система Health Shield, может забыть об отборе образца жидкости организма для анализа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения способ извещения пациента о необходимости тестирования образца жидкости организма с помощью устройства согласно изобретению включает обеспечение протокола для работы данного устройства, при этом указанный протокол, поступающий из компонента операционной системы, ассоциируемый с указанным пациентом и включающий указание времени и даты тестирования образца жидкости организма; и уведомление пациента о необходимости тестирования указанного образца в указанные день и время, если тестирование указанного образца не было проведено. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения пациент получает уведомление, как описано в данной заявке, например, по беспроводной связи. Соблюдение режима лечения может быть скорректировано при использовании напоминаний на дисплее и получение ответов от пациентов (например, с помощью сенсорных дисплеев).
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения система предусматривает удобный способ упаковки элементов системы FS, требующихся для проведения мультиплексных комплексных анализов, в удобном для перевозки виде. Например, элементы устройства вставляются в корпус до щелчка.
(в) Анализы, проводимые в системе «полевого» наблюдения (системе FS)
В струйном устройстве, описанном в данной заявке, могут быть проведены разнообразные анализы для определения нужных аналитов в образце. Из уровня техники известно большое количество меток, которые могут быть применены для проведения этих анализов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения обнаружение меток осуществляют спектроскопическими, фотохимическими, биохимическими, электрохимическими, иммунохимическими или другими средствами. Например, метки для нуклеиновых кислот включают радиоизотопы 32P, 35S, С14, Н3, I125 и I131, флуоресцентные красители, электронно-плотные реагенты и ферменты. Известно также большое количество меток для биологических компонентов, они описаны подробно как в научной литературе, так и в патентных документах и применяются для получения меченых биологических компонентов согласно данному изобретению. Подходящие метки включают радионуклиды, ферменты, субстраты, кофакторы, ингибиторы, флуоресцентные вещества, хемилюминесцентные вещества, биолюминесцентные метки, колориметрические метки, окислительно-восстановительные метки. Реагенты, определяющие специфичность анализа, включают, например, моноклональные антитела, поликлональные антитела, белки, зонды для нуклеиновых кислот или полимеры, такие как аффинные матрицы, углеводы или липиды. Детектирование может быть проведено любым из известных методов, включая спектрофотометрический метод или оптическое отслеживание радиоактивных, флуоресцентных или люминесцентных маркеров, или другие методы, которые отслеживают молекулы по их размеру, заряду или сродству. Обнаруживаемым веществом может быть любой материал, обладающий идентифицируемым физическим или химическим свойством. Такие обнаруживаемые метки были применены в области гелевого электрофореза, хроматографии на колонках, твердых субстратов, спектроскопии и т.п., в общем, метки, пригодные для таких методов, могут применяться согласно данному изобретению. Таким образом, такая метка включает в частности любой состав, обнаруживаемый с помощью спектроскопического, фотохимического, биохимического, иммунохимического методов, зондов для нуклеиновых кислот, электрических, оптических, термических или других средств.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения метка прямо или косвенно соединена с молекулой, которую нужно обнаружить, такой как молекулы продукта, субстрат или фермент, с помощью хорошо известных методов. Как указано выше, используют различные метки, выбор метки зависит от требуемой чувствительности, легкости сопряжения соединения, требований к стабильности, доступности приборов и условий удаления отходов. Нерадиоактивные метки часто присоединены косвенными методами. Обычно рецептор, специфический по отношению к аналиту, связан с фрагментом, генерирующим сигнал. Иногда рецептор аналита связан с молекулой адаптера (такой как биотин или авидин), а набор реагентов для анализа включает связывающее вещество (такое как биотинилированный реагент или авидин), которое связано с адаптером и с аналитом. Аналит связан со специфическим рецептором на реакционном сайте. Меченый реагент может образовывать сэндвичевый комплекс, в котором аналит находится в центре. Реагент может также конкурировать с аналитом для рецепторов на реакционном сайте или связываться со свободными рецепторами на реакционном сайте, который не занят аналитом. Метка обнаруживается сама по себе или связывается с сигнальной системой, такой как идентифицируемый фермент, флуоресцентное соединение, хемилюминесцентное соединение или хемилюминогенное вещество, такое как фермент с люминогенным субстратом. Может быть использован ряд лигандов и антилигандов. Когда лиганд имеет природный антилиганд, он может применяться в сочетании с мечеными антилигандами. Примеры пар лиганд-антилиганд включают в частности биотин-авидин, тироксин-анти-14, дигоксигенин-антидиогоксин, кортизол-антикортизол. В альтернативных вариантах осуществления изобретения в сочетании с антителом могут применяться любое гаптеновое соединение или любой антиген.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения метка может быть непосредственно соединена с соединениями, генерирующими сигналы, например, путем сопряжения с ферментом или флуорофором. Ферменты, представляющие интерес в качестве меток, в основном представляют собой гидролазы, в частности, фосфатазы, эстеразы и гликозидазы, или оксидоредуктазы, в частности, пероксидазы. Флуоресцентные соединения включают флуоресцеин и его производные, родамин и его производные, дансильные соединения и умбеллиферон. Хемилюминесцентные соединения включают диоксетаны, акридиниевые эфиры, люциферин и 2,3-дигидрофталазиндионы, такие как люминол.
Способы определения меток хорошо известны специалистам. Так, например, когда метка является радиоактивной, средства ее обнаружения включают подсчет импульсов или фотографические пленки, например, радиоавтография. Когда метка является флуоресцентной, она может быть определена путем возбуждения фотохрома светом соответствующей длины волны и измерения возникшей флуоресценции, например, путем микроскопии, визуального наблюдения, с помощью фотопленки, применения электронных детекторов, таких как цифровые камеры, устройства с зарядовой связью (CCDs) или фотоумножители и фотодиоды или других устройств. Ферментные метки определяются с помощью соответствующих субстратов для фермента путем определения полученного реакционного продукта. Наконец, простые колориметрические метки часто определяются простым наблюдением за окраской, а именно абсорбцией, связанной с меткой. Например, конъюгированное золото становится розовым, в то время как конъюгированные гранулы принимают цвет гранул.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения регистрируемый сигнал может быть генерирован люминесцентными источниками. Люминесценцией обычно называют излучение света веществом по любой другой причине, кроме повышения его температуры. Атомы или молекулы излучают фотоны электромагнитной энергии (например, света), когда они переходят из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией (обычно основное состояние). Если причиной возбуждения является фотон, люминесценция называется фотолюминесценцией. Если причиной возбуждения является электрон, люминесценция называется электролюминесценцией. Электролюминесценция возникает при прямой инжекции и удалении электронов с образованием пары электрон-дырка с последующей рекомбинацией этой пары электрон-дырка с излучением фотона. Люминесценция, возникающая в результате химической реакции, обычно называется хемилюминесценцией. Люминесценция, возбуждаемая живым организмом, называется биолюминесценцией. Если фотолюминесценция является результатом перехода, разрешенного по спину (например, синглет-синглетного перехода, триплет-триплетного перехода), процесс фотолюминесценции называют обычно флуоресценцией. Обычно флуоресценция затухает после удаления причины возбуждения в результате наличия кратковременных состояний возбуждения, которые быстро релаксируют за счет таких переходов, разрешенных по спину. Если фотолюминесценция является результатом перехода, запрещенного по спину (например, триплет-синглетного перехода), процесс фотолюминесценции обычно называется фосфоресценцией. Обычно фосфоресценция продолжается долго после удаления причины возбуждения в результате наличия долговременных состояний возбуждения, которые могут релаксировать только путем таких переходов, запрещенных по спину. Люминесцентная метка может обладать любым из выше описанных свойств.
Подходящие источники хемилюминесценции включают соединения, которые становятся электронно-возбужденными в результате химической реакции, и могут в результате излучать свет, который служит регистрируемым сигналом или отдает энергию флуоресцентному акцептору. Были обнаружены многие соединения, являющиеся хемилюминесцентными при различных условиях. Одно из таких соединений представляет собой 2,3-дигидро-1,4-фталазиндион. Часто используемым соединением является люминол, представляющий собой 5-аминосоединение. К другим соединениям этой группы относятся 5-амино-6,7,8-триметокси - и диметиламино[ca]бензольный аналог. Эти соединения становятся люминесцентными под действием щелочной перекиси водорода или гипохлорита кальция и основания. К другим соединениям этой группы относятся 2,4,5-трифенилимидазолы с лофином в качестве исходного элемента. Хемилюминесцентные аналоги включают соединения с пара-диметиламино- и -метоксизаместителями. Хемилюминесцентными могут также быть оксалаты, обычно оксалиловые активные эфиры, например, п-нитрофенилоксалат, и перекиси, такие как перекись водорода, в щелочных условиях. Другие известные хемилюминесцентные соединения включают N-алкилакридиниевые эфиры и диоксетаны. В альтернативных вариантах осуществления изобретения в сочетании с люциферазой или люцигенинами для возбуждения биолюминесценции могут использоваться люциферины.
Термин «аналиты», применяемый в данной заявке, включает в частности лекарства, пролекарства, фармацевтические агенты, метаболиты лекарств, биомаркеры, такие как экспрессированные белки и клеточные маркеры, антитела, сывороточные белки, холестерин и другие метаболиты, полисахариды, нуклеиновые кислоты, биологические аналиты, биомаркеры, гены, белки или гормоны или любую их комбинацию. Аналиты могут представлять собой комбинацию полипептидов, гликопротеинов, полисахаридов, липидов и нуклеиновых кислот.
Особый интерес представляют биомаркеры, ассоциируемые с конкретным заболеванием или конкретной стадией заболевания. Такие аналиты включают в частности аналиты, ассоциируемые с инфекционными заболеваниями, аутоиммунными заболеваниями, ожирением, гипертонией, диабетом, нейронными и/или мышечными дегенеративными заболеваниями, сердечными заболеваниями, эндокринными расстройствами, метаболическими расстройствами, воспалением, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сепсисом, ангиогенезом, раковыми заболеваниями, болезнью Альцгеймера, осложнениями, связанными с занятиями спортом, или любыми их комбинациями.
Интерес представляют также биомаркеры, содержащиеся в различном количестве в одной или более тканях в организме, включая сердце, печень, простату, легкие, почки, костный мозг, кровь, кожу, мочевой пузырь, мозг, мышцы, нервы и отдельные ткани, пораженные различными заболеваниями, такими как различные виды рака (злокачественного или неметастатического), аутоиммунные заболевания, воспалительные или дегенеративные заболевания.
ССЫЛКИ
Brandeau, M.L., G.S. Zaric, and A. Richter. 2003. Resource Allocation for Control of Infectious Disease in Multiple Independent Populations: Beyond Cost-Effectiveness Analysis. J. Health Econ 22:575-598.
Chiang, C.L. 1978. An Introduction to Stochastic Processes and Their Applications. Kreiger. 517 pgs.
Choi, BCK and AWP Pak. 2003. A simple approximate mathematical model to predict the number of severe acute respiratory syndrome cases and deaths. J Epidemiol Community Health. 57(10):831-5.
D'Onofrio, A. 2002. Stability Properties of Pulse Vaccination Strategy in SEIR Epidemic Model. Math. Biosci. 179:52-72.
Dwyer, G. J.S.Elkinton, and J.P. Buonaccorsi. 1997. Host heterogeneity in Susceptibility and Disease Dynamics: Tests of a mathematical Model. Am Naturalist. 150:685-707.
FitzGibbon, W.E., M.E.Parrot, and G.F. Webb. 1995. Diffusion Epidemic Models with Incubation and Crisscross Dynamics. Math. Biosci. 128:131-155.
Gibson, G.J. 1997. Investigating mechanisms of Spatiotemporal Epidemic Spread Using Stochastic Models. Am Phytopathological Society. 87:139-146.
Inaba, H. 1990. Threshold and Stability Results for an Age-structured Epidemic Model. JMathBiol. 28:411-434.
Longini, I.M., S.K. Seaholm, E Ackerman, J.S. Koopman, and A.S. Monto. 1984. Simulation Studies of Influenza Epidemics: Assessment of Parameter Estimation and Sensitivity. Int JEpidemiology. 13:496-501.
McKendrick, A. 1926. Applications of Mathematics to Medical Problems. Proc Edin. Math. Soc. 44:98-130.
O'Neill, P.D. 2002. A Tutorial Introduction to Bayesian Inference for Stochastic Models Using Markov Chain Monte Carlo Methods. Math Biosci. 180:103-114.
Stilianakis, A.I, A.S. Perelson, and F.G. Hayden. Emergence of Drug resistance During an Influenza Epidemic: Insights From a Mathematical Model. J. Infect Dis. 177:863-873.
Timpka, Т., M. Morin, J. Jenvald, H. Eriksson, and E.A. Gursky. 2005. Towards a Simulation Environment for Modeling Local Influenza Outbreaks. AMIA 2005 Symposium Proc. 729-733.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1. Национальная система мониторинга заболеваний гриппом
В этом примере система Health Shield адаптирована для национального агентства по контролю заболеваний и применяется в качестве национального «щита здоровья». Основной целью этой программы является настройка системы для сдерживания распространения заболеваний и предупредительного управления заболеваниями, которые могут вызвать эпидемии, такими как грипп. Система предназначена для идентификации, отслеживания и сдерживания распространения вспышки гриппа и важных «мутантных» штаммов (таких как резистентные к противовирусным препаратам штаммы или штаммы с большей вирулентностью) на самых ранних стадиях распространения инфекции, что способствует предотвращению распространения заболевания. Моделирование введенных в Операционную систему (OS) данных применяется для определения формата выборочного наблюдения и стратегии сдерживания распространения гриппа.
Второй целью системы в соответствии с изобретением является улучшение результатов работы системы и уменьшение расходов на здравоохранение путем более эффективного принятия комплексных мер и предотвращения развития хронических заболеваний, начиная с диабета. Возможность улучшения результатов и резкого уменьшения расходов на здравоохранение только за счет профилактики и обратного развития диабета могут быть уменьшены годовые расходы на здравоохранение на миллиарды долларов. Системы HS, используемые для мониторинга гриппа и диабета, могут также быть адаптированы для осуществления профилактики и лучшего управления мерами борьбы с другими хроническими заболеваниями, такими как застойная сердечная недостаточность (CHF).
Компоненты FS («полевой» системы) используют в масштабах страны, причем вначале их применяют в географических областях и/или среди групп населения, находящихся в группах риска. Системы FS применяют частично для роботизированного проведения анализов в центральных лабораториях. Системы работают по принципу самоконтроля для улучшения надежности результатов. Мобильные «полевые» системы применяют также в многочисленных местах наблюдения за пациентами, включая госпитали, клиники, кабинеты врачей и общественные учреждения, такие как школы, аптеки, аэропорты и т.п. Компоненты FS применяют также в домах в отдаленных районах, где имеется ограниченная инфраструктура здравоохранения, что позволяет проводить тестирование пациентов в удаленном доступе, имеющих возможность связываться с медицинскими экспертами по беспроводной связи без необходимости поездок в клинику или в больницу.
В случае мониторинга гриппа H1N1 («свиной грипп») система FS осуществляет измерение антигенов и антител гриппа H1N1 в образцах крови и слюны. Тестирование образцов крови и слюны осуществляют в двух отдельных картриджах. Тестирования крови объединены с тестированиями на соединение цитокинов, которые являются показателями отклика организма на инфекцию.
Для мониторинга гриппа H1N1 картриджи системы FS адаптированы для проведения шести анализов и двух контрольных анализов, включая определение антитела гриппа H1N1 и антигена и четырех цитокинов, определяющих отклик организма на инфекцию. Наборы анализов проводят менее чем за 90 мин или менее чем за 30 мин в зависимости от конкретной конфигурации системы FS. Картриджи для анализа крови и слюны обрабатывают в отдельности или вместе в зависимости от конкретной конфигурации системы FS. Когда возникают новые штаммы вирусов, в существующие панели добавляются дополнительные анализы. Например, определение гриппа H1N1 объединены с анализами на антитела и антигены вируса H5N1 («птичий грипп»). Считывающие узлы большого объема адаптированы для одновременного проведения анализа десяти образцов.
Результаты тестирования передают в централизованную правительственную операционную систему (OS) в режиме реального времени вместе с клиническими данными пациентов, собранными с помощью сенсорных дисплеев или программ веб-портала операционной системы, извлекающих информацию из медицинских карт пациентов. Интегрированные наборы данных обрабатывают с помощью алгоритмов распознавания образцов («шаблонов данных») для оценки состояния пациента и проверки других аномальных факторов. Интегрированная аналитическая система способна осуществлять самоконтроль и идентификацию источников вариабельности данных. Когда идентифицируют вариабельность или шум данных, принимают меры по адаптации функции извещений системы, основанной на адаптированных правилах, установленных для правительственной организации, до использования системы. Эти правила определяют, когда и как уведомлять клинициста, пациента и/или людей, контактировавших с пациентом, автоматически по телефону, электронной почте и других электронных устройствах в случае выявления ситуации, предусматривающей конкретные меры.
При разработке стратегии сдерживания распространения гриппа параметры системы контролируют для выявления ложноотрицательных результатов. Стратегия использования системы взвешивается с учетом этой неопределенности. Для определения правильных мер для количественного определения такой неопределенности применяется метод моделирования Монте-Карло.
В Таблице 7 ниже указаны детали конфигурации и плана апробации последовательности стадий фазы мониторинга гриппа. Меры, указанные в Таблице 7, могут быть осуществлены с использованием шкалы времени.
Существуют два следующих сценария применения этой программы.
Сценарий А: Небольшая пилотная программа применения системы Health Shield с проведением многочисленных анализов в нескольких местах (100000 анализов людей и/или животных с мониторингом в 5-7 центрах/местах высокого риска в инфицированном районе). Программа длится 6 месяцев.
Стадии осуществления программы:
а. Адаптация Health Shield к правительственным правилам;
б. Апробация в пилотном масштабе с проведением 100000 анализов и применением 100 узлов считывания;
в. Обучение в 5-7 центрах/местах высокого риска;
г. Моделирование и имитация для определения наиболее эффективного плана сдерживания распространения заболевания и профилактики в контексте результатов и расходов в сфере здравоохранения.
д. Моделирование и имитация с целью определения наиболее эффективного плана уведомлений и рекомендуемых мер на основе результатов различных тестов.
Сценарий В: Снабжение устройствами района и мест высокого риска для сдерживания распространения заболевания и профилактики гриппа при интенсивном лечении инфицированных субъектов. Демонстрация способности системы Health Shield эффективно сдерживать распространение вспышки гриппа и предотвращать распространение вируса в локальной области и в ее окружении с помощью большего количества анализов и мест, чем это требуется по сценарию A (500000 анализов образцов, взятых у людей и/или животных в 25-30 центрах высокого риска). Программа выполняется в течение шести месяцев и включает следующие стадии:
а. Адаптация Health Shield к правительственным правилам;
б. Апробация в пилотном масштабе с проведением 500000 анализов с помощью 500 узлов считывания;
в. Обучение в 25-30 центрах в местах распространения эпидемии и в окружении этих мест;
г. Моделирование и имитация для определения наиболее эффективного плана сдерживания распространения заболевания и профилактики в контексте результатов и расходов в сфере здравоохранения.
д. Моделирование и имитация с целью определения наиболее эффективного плана уведомлений и рекомендуемых мер на основе результатов различных тестов.
е. Активация узлов считывания для сдерживания распространения заболевания в случае вспышки любого вида гриппа и управления другими хроническими заболеваниями.
Интегрированный компонент программного обеспечения создан для систем FS и операционных систем, интерфейс пользователь показан на Фиг.16 и 17. Компонент программного обеспечения состоит из двух приложений. Одно приложение, показанное на Фиг.16, в основном используют в региональных и локальных центрах сортировки больных для сбора данных об отдельных пациентах и выработки специфических рекомендаций для лечения на основе информации, полученной от пациента и данных анализов, собранных в системе FS. Имеется центральный компонент, где данные были введены для снабжения модели операционной системы национальными и региональными сведениями, описывающими текущее состояние эпидемии. Эти данные периодически обновляют для уточнения модели и повышения точности прогнозов. Формируются сообщения о собранных данных и мерах, предпринимаемых в локальных центрах.
Приложение, показанное на Фиг.17, используют в центральных или национальных учреждениях. Используется интерфейс пользователя для осуществления модели и формирования сообщений, являющихся результатами работы модели. Именно в этом случае пользователь может применять сценарий альтернатив для определения соответствующих действий и политики уменьшения последствий заболевания.
Возможность определять и предупредительно сдерживать распространение мутирующих штаммов гриппа обеспечивает схему жизненно важной и экономической защиты, до сих пор не известную. Эти преимущества особенно важны в децентрализованных и удаленных областях, где часто недоступны оптимальные возможности сферы здравоохранения. Стратегия предупредительного управления состояния здоровья в случае хронических заболеваний по расчетам снижает расходы на здравоохранение на величину от одной трети до одной половины и обеспечивает получение последовательного и равномерного медицинского обслуживания.
Пример 2. Моделирование вспышки гриппа в Ла Глория с применением политики уменьшения последствий заболевания или без нее
На Фиг.18 показаны реальные результаты в сравнении с результатами моделирования вспышки гриппа в Ла Глория в Мексике, которая была в феврале - мае 2009 г. Ла Глория - это городок, в котором живет около 3000 жителей, в штате Веракрус в Мексике. У сотен городских жителей были выявлены признаки респираторных заболеваний, включая положительные тесты на вирус свиного гриппа (H1N1) и более распространенного вируса гриппа H2N3. На Фиг.18 показано сравнение результатов действительной вспышки заболевания (круги) и модели без осуществления политики смягчения последствий заболевания (сплошная линия). Эта модель «неослабленной» вспышки хорошо согласуется с реальными данными. Модель, включающая наблюдение, осуществляемое системой HS и политику смягчения последствий заболевания, характеризуется пунктирной линией. Модель создана путем итерационного подбора условий реальной вспышки к модели, показанной на Фиг.2, до получения оптимального результата. При работе системы HS ожидается резкое ослабление серьезности заболевания и быстроты распространения указанной вспышки. Прогнозируемое улучшение ситуации основано на параметрах модели, определенных для «неослабленной» вспышки гриппа и использовании модели для предсказания результата предполагаемого наблюдения с помощью системы HS и домашней изоляции выявленных инфицированных пациентов.
Ключевые параметры модели:
Латентная часть продолжительности генерации (отсутствие инфекции) fL=1/3;
В случае "неослабленной" вспышки
- Наблюдение не проводилось,
- В отношении инфицированных лиц не принималось никаких мер. В случае «ослабленной» вспышки
- 60% симптоматических пациентов (у которых подозревали наличие инфекции) добровольно согласились на тестирование,
- Пациенты с положительным результатом (чувствительность анализа была равна 0,8 (80%)) находились на карантине дома.
Пример 3. Профилактика и обратное развитие диабета
В случае диабета и связанных с ним осложнений (например, болезней почек и сердечно-сосудистых заболеваний) соотношение стоимость/эффективность лечения с применением системы HS количественно определялось с помощью правительственных и частных программ. Программы создавались для резкого уменьшения расходов на лечение сахарного диабета 2 типа сахарного (T2DM) путем профилактики, задержки и обратного развития заболевания за счет индивидуальной модификации образа жизни, предложенной системой HS.
T2DM и часто связанное с ним ожирение (называемое теперь «эпидемией диабетического ожирения») приводят к сердечно-сосудистым, метаболическим, офтальмологическим, неврологическим и почечным заболеваниям, а также к повышенной заболеваемости и смертности из-за сердечно-сосудистых заболеваний. T2DM ложится тяжким экономическим бременем на систему здравоохранения. В США 13% взрослых людей больны диабетом, и каждый год появляется еще 1,6 миллионов новых больных. Общая стоимость расходов на борьбу с диабетом в США в 2007 г. составила 174 миллиарда долларов, 284000 человек умерли от диабета в 2007 г. См. American Diabetes Association, Diabetes Care 31,596 (March 1,2008).
Служащие Вооруженных Сил США также подвержены диабетическому ожирению. Например, военные медики осуществляют лечение 140000 больных диабетом. В среднем расходы на лечение каждого больного диабетом составляют 6649 долларов в год. Поэтому, если хотя бы у 20% этих больных диабетом заболевание было задержано или было вызвано его обратное развитие, экономия расходов составила бы 186172000 долларов в год. За пять лет был бы сэкономлен 1 миллиард долларов. Затраты на задержку начала микро- и макрососудистых заболеваний, лечение которых обходится очень дорого, сократились бы еще больше. Id.
Имеются данные о том, что изменение образа жизни снижает риск развития диабета на 58%. J. Tuomilehto et al., N Engi J Med344, 1343 (May 3, 2001); W.С.Knowler et al., N. Engl J. Med. 346, 393 (Feb 7, 2002). Исследования большой группы людей, страдающих от ожирения, показали, что резистентность к инсулину и наличие признаков метаболического синдрома помогают выявить людей, находящихся в группе риска заболевания T2DM и сердечно-сосудистыми заболеваниями (Р.W.Wilson, R.В.D’Agostino, H.Parise, L.Sullivan, J.В.Meigs, Circulation 112, 3066 (Nov 15, 2005); С.Lorenzo, M.Okoloise, K.Williams, M.P.Stem, S.M.Haffher, Diabetes Care 26, 3153 (Nov, 2003)). Исследование больных сердечно-сосудистыми заболеваниями продемонстрировало, что 9 из 10 новых случаев диабета у людей в возрасте 65 лет и старше вызваны пятью факторами образа жизни, изменение которых резко уменьшит случаи заболевания диабетом на 89%. D. Mozaffarian et al., Arch Intern Med 169, 798 (April 27, 2009). Эти факторы включают физическую активность, диету, курение, алкоголь и тучность. Согласно Программе профилактики диабета (Diabetes Prevention Program (DPP)) изменение образа жизни замедляет появление T2DM на 11 лет и снижает случаи заболевания диабетом на 20%. Р.Lindgren et al., Int J Technol Assess Health Care 23, 177 (Spring, 2007).
В связи с изложенным многообещающие предупредительные меры по улучшению состояния здоровья нации включают ранние оперативные меры для лиц, находящихся в группе риска заболевания T2DM. Группы лиц с преддиабетическим состоянием, которое определяется по нарушению гликемии натощак (IFG) и/или ухудшенной переносимости глюкозы (IGT), гораздо больше рискуют заболеть T2DM, чем люди с нормогликемическими показателями. Однако скорость и момент появления диабета трудно предсказать на уровне отдельных лиц. Система Health Shield предусматривает новую парадигму диагностики и лечения, которая фокусируется на отдельном пациенте с использованием динамических данных и результатов анализов физиологических показателей. Этот подход позволяет выявить и предсказать возникновение риска для пациента и направление движения к развитию T2DM и последующих сердечнососудистых, метаболических, глазных, неврологических и почечных заболеваний. В то же самое время система Health Shield предоставляет каждому пациенту индивидуальные приборы и план необходимых изменений образа жизни. Система HS подкрепляет релевантные сообщения о состоянии здоровья, посылаемые пользователям, информацией о влиянии изменений образа жизни на основе данных для каждого пациента/его семьи.
Руководство пациентами с T2DM осуществляется комплексной бригадой медиков (НСТ), которая включает врачей, младших медицинских сестер, ассистентов врачей, сестер, диетологов, фармацевтов и психологов. Кроме того, лица, болеющие диабетом, сами играют активную роль в своем лечении и получают знания об умении управлять собой для борьбы с диабетом. Система Health Shield помогает больным в этом и руководит ими с помощью гибкой системы тестирования в месте наблюдения за пациентом и системы обратной связи.
В случае диабета и вызванных им осложнений в каждый момент времени проводятся 6 тестов менее чем за 30 мин. В случае почечного или сердечно-сосудистого заболевания предусмотрены дополнительные картриджи, каждый и которых предназначен для 6 дополнительных тестов, которые проводятся в течение 15 мин или менее для выявления риска появления сердечно-сосудистых нарушений или почечной недостаточности и оценки необходимости госпитализации. Это дает возможность начать лечение пациентов до развития заболеваний до момента, когда им может понадобиться дорогая неотложная помощь.
Тестирование в месте наблюдения за пациентом является системой тестирования «вблизи пациента» и доступно в течение многих лет с использованием стендовых и ручных устройств. Тестирования в местах наблюдения за пациентом в настоящее время являются инструментами диагностики и средствами для принятия клинических решений, они представляют собой интегральную часть системы амбулаторной помощи, первичной медицинской помощи, срочной медицинской помощи и хирургической помощи. Убедительным примером является мониторинг уровня глюкозы в крови при гестационном сахарном диабете, который уменьшает степень осложнений у матери и ребенка.
Система Health Shield расширяет ресурсы тестирования в месте наблюдения за пациентом для групп населения, находящихся в преддиабетическом состоянии, путем предоставления, например:
1. Системы наблюдения на месте, которая в режиме реального времени осуществляет серийное определение циркулирующих маркеров крови, количественное динамическое определение резистентности к инсулину, наличия метаболического синдрома, воспаления и риска появления сердечно-сосудистых нарушений. Устройство используют также как интерфейс для мобильной системы защиты здоровья (пункт 3 ниже).
2. Математически/статистическое самообучающееся устройство на ранней стадии определяет количественно степень риска данного субъекта заболеть T2DM или связанными с ним заболеваниями. Рабочим продуктом самообучающегося устройства является набор биологических маркеров, которые эффективно прогнозируют появление диабета, и модель, которая обладает этой прогнозирующей способностью. Такой анализ осуществляют обычно при статистическом моделировании ситуации по кривым выживаемости Каплана-Майера и в контексте модели пропорциональных рисков Кокса. Самообучающееся устройство, описанное в данной заявке, использует эту возможность при выборочном обследовании, проводимом очень часто, для того, чтобы определить наиболее информативные шаблоны маркеров из набора самых простых маркеров и на этом основании определить соотношение опасности/риск для каждого отдельного субъекта в группе. Комплементарные коварианты в модели включают возраст, привычку к курению, употребление алкоголя, индекс массы тела (BMI), режим питания, степень физической нагрузки, уровень глюкозы, кровяное давление и уровень липидов. Как только эти дополнительные данные вводят в систему, система совершенствует шаблоны вероятности для получения более полной картины о каждой группе субъектов и уточняет их.
3. Мобильная система Health Care, которая использует интегрированные данные, алгоритмы и модели, описанные выше, взаимодействует с субъектом для помощи в изменении поведения и применении диеты, физических упражнений и лечения. Устанавливая связь с субъектом или при помощи сенсорного устройства, или мобильного устройства, интегрированного в сеть, такого как мобильный телефон или КПК, система осуществляет следующее:
- Оценивает ситуацию и настроение после опроса субъекта,
- Получает основные показатели путем опроса,
- Передает индивидуальные данные на сенсорный дисплей или в мобильные устройства/телефоны с целью помощи пользователям для изменения ими поведения.
Индивидуализированный контент определяется с помощью системы искусственного интеллекта, такой как Rule-based Interference (вмешательство, основанное на правилах), для обработки полученных в устройстве данных для субъекта, а также других введенных данных, ответов на вопросы, заданные субъекту, и, если это доступно, с учетом географического положения отправителя сообщения, определяемого с помощью навигатора GPS.
Интегрируя и анализируя данные ответов, обучающееся устройство обеспечивает обратную связь с субъектом, выбирая из библиотеки данных сведения, которые являются релевантными настроению субъекта, ситуации и местоположению. Эти данные включают советы, касающиеся питания, физической нагрузки, образа жизни, психологические консультации, выбор предприятия общественного питания в ближайшем окружении, а также рекомендуемое меню в этом предприятии общественного питания, электронные купоны на пищевые и другие продукты, список рекомендуемых пищевых продуктов и упражнений и мер подкрепления/одобрения для достижения поставленных целей укрепления здоровья.
Применение этих инструментов и данных, отсылаемых назад клиницистам, способствуют выработке с помощью НСТ индивидуальных рекомендаций по изменению образа жизни для каждого субъекта, которые предотвратят развитие T2DM и связанных с ним серьезных осложнений.
Пример 4. Визуализация и модель прогнозирования риска возникновения диабета
Было осуществлено определение пероральной переносимости глюкозы (OGTT) у 187 субъектов, не диагностированных как имеющие диабет. При проведении теста субъект не ел в течение 14 ч и пил только воду. В начале теста у субъекта анализировали кровь на сахар для получения исходного значения. Затем перорально вводили раствор глюкозы. Затем кровь снова брали на анализ через определенные промежутки времени. В случае наличия диабета кровь анализируют через 2 ч. При гипогликемии уровень глюкозы в крови может не снизиться в течение 4-6 ч.
Более подробную информацию можно найти на сайте diagnosis.suite101.com/article.cfm/the_glucose_tolerance_test#ixzz0SWaqWbQr.
Ряд измерений уровня глюкозы с гормона GLP-1 в крови проводили, начиная с определения уровня глюкозы натощак, и затем анализ делали несколько раз. Измеренные величины включали:
- Уровень активного GLP и общего GLP за 5 мин до и через 10, 20, 30, 60, 90 и 120 мин после приема раствора глюкозы,
- Параметры исходного профиля: возраст, рост, вес, пол, % жировой ткани,
- Концентрацию креатинина,
- Генетические маркеры: идентификация вариаций однонуклеотидного полиморфизма (SNPs) для 12 различных положений SNP,
- Постановку диагноза на основе полученных значений переносимости глюкозы натощак и после теста (нормальная или ухудшенная переносимость глюкозы натощак; нормальная или ухудшенная переносимость глюкозы или сахарный диабет).
Определение переносимости глюкозы показало, что многие субъекты или имели диабет, или имели ухудшенную переносимость глюкозы (IGT). Остальные имели нормальную переносимость глюкозы (NGT). Результаты определения GLP-1 вместе с демографической информацией (возраст, пол, рост) и определением 12 SNPs оценивались методом пошагового распределения с помощью деревьев классификации и регрессии (CART), при этом получали дерево пошагового распределения, показанное на Фиг.19. Это дерево предназначено для корреляции с величинами переносимости глюкозы и прогнозирования этих величин. CART описаны Breiman, Friedman, Olshen, and Stone in Classification and Regression Trees, Chapman & Hall/CRC; 1st edition (January 1, 1984). Эти и похожие методы позволили создать модель путем пошагового деления данных в соответствии с индикаторами, позволяющими наиболее точно провести это деление. Например, в этом примере задача состояла в классификации величин переносимости глюкозы пациентом. Среди многих прогностических факторов переменная величина «возраст» при критерии, равном 66,5 лет (то есть люди в возрасте 67 лет или старше?) позволяет провести деление с очень небольшими ошибками в модели, описывающей опыт. В каждой полученной подгруппе в каждой части проводили следующую наиболее эффективную выборку. Используя только часть данных для модели, а остальную часть для тестирования, алгоритм позволил избежать чрезмерно близкой подгонки «обучающих» данных.
Анализ выявил, что в исследованной группе людей категории пациентов можно оптимально определить по пяти факторам: 1) возрасту, 2) уровню GLP-1 (активного), определенному через 120 мин после приема глюкозы, 3) росту, 4) содержанию жировой ткани (рассчитанной по весу и росту) и 5) одного положения SNP: rs 10305420.
Визуализация преследует многие цели. Например, врач может использовать дерево для того, чтобы объяснить пациенту его факторы риска заболеть диабетом. Например, путем подсчета вершин (терминальных) дерева слева направо, врач может объяснить пациенту, что в настоящее время он находится в положении вершины # 4 дерева («IGT (2/11/1)») и что по мере старения он может попасть в положение вершины # 1 или # 2 в зависимости от своего роста. Для пациента с меньшим ростом это может означать высокую степень риска заболеть диабетом, ему могут посоветовать начать терапевтическое лечение и/или изменить образ жизни.
Указанное дерево можно также использовать для проведения обследования различных групп населения для выявления риска появления у них диабета. Каждый из критериев разделения указывает на другой вид риска и другой механизм разделения большей группы населения на субпопуляции. В результате, влияние каждого критерия деления следует изучить в причинной взаимосвязи. Кроме того, пациенты, которые ошибочно были признаны диабетическими больными, проклассифицированы таким образом из-за значительных факторов риска, которые могут вызвать заболевание. В результате было бы целесообразно обследовать эту группу для того, чтобы определить, какие другие факторы могут уменьшить степень риска. В случае продолжительного лонгитудинального исследования можно применять дерево для изучения развития заболевания. Выбрав пациентов, состояние которых все еще оценивается как NGT или IGT и которые находятся в группе повышенного риска (например, их состояние неправильно проклассифицировано как IGT или DM, соответственно), исследователь может наблюдать за ними в течение определенного промежутка времени, чтобы определить состояние каких членов субпопуляции ухудшается и каких не ухудшается, для того, чтобы понять влияние и причины риска из-за ухудшенной переносимости глюкозы. Точно так же дерево может быть использовано для сравнительного анализа субпопуляции пациентов.
Влияние веса (или данные переписи населения) могут быть применены для большей выборки населения, чтобы оценить степень риска, которая также может меняться при различной стратегии выборочного обследования. Для таких моделей пошагового распределения риск может оцениваться в различных географических районах, также могут рассчитываться параметры SIR (извлечение статистической информации) с помощью указанных деревьев или статистических ансамблей CART (деревья классификации и регрессии) и другими методами, такими как метод ядра и другие методы, применяющие величины подобия, генерализованные линейные модели, различные непараметрические и параметрические методы Байеса и т.д.
Пример 5. Матрицы перемешивания, адаптированные к матрице стоимости
Модель согласно изобретению может быть адаптирована к расходам, связанным с различными ошибками, расходам экономическим, временным или другим факторам для того, чтобы свести к минимуму стоимость ошибок, сделанных моделью. Этот пример описывает анализ расходов с помощью данных, приведенных выше в описанном примере. Результаты приведены в Таблице 8.
В Таблице 8 прогнозируемая категория пациентов сравнивается с диагнозом, основанным на OGTT. Таблица построена без учета стоимости ошибок.
Похожая матрица прогнозов показана ниже, модель разработана с использованием весомости факторов, она основана на неверном определении стоимости, сделанном экспертом «на месте». Основное положение этой модели состоит в том, что гораздо дороже прогнозировать состояние с NGT (нормальную переносимость глюкозы), когда состояние пациента представляет DM (сахарный диабет). Логическим обоснованием этого допущения является тот факт, что некоторые типы ошибок гораздо опаснее, чем другие, такие как возможные расходы в случае, когда пациента с диабетом отправляют домой без оплаты им расходов на лечение, по сравнению со стоимостью последующего тестирования пациента, которому был ошибочно поставлен диагноз диабет.
Примеры таких факторов весомости приведены ниже в Таблице 10 с учетом расходов на получение картины, показанной в Таблице 9. Если прогнозируется, что диабетический пациент имеет NGT, «штраф» за такой прогноз равен 100, в то время как прогноз, что пациент с IGT (ухудшенная переносимость глюкозы) болен диабетом, оценивается в 10 баллов: стоимость повторного тестирования и изменений образа жизни будет не такой большой, как стоимость лечения диабета. Эти расходы могут быть изменены для оптимизации прогнозирующей модели в другом контексте.
Пример 6. Прогнозирование появления инфекции и сепсиса и предоставление возможности более раннего лечения
В случае возникновения инфекции одна из программ Health Shield для гражданского населения и военнослужащих фокусируется на улучшении результатов лечения раненых/обгоревших серьезно больных людей и количественной оценке влияния более раннего вмешательства/лечения (~36-24 ч) на выживаемость этих людей.
За счет более частого выборочного обследования (ставшего возможным при применении небольшого объема) и применения интегрированной с помощью беспроводной связи аналитической моделирующей машины системы Health Shield могут быть использованы для борьбы с появлением сепсиса за 36 ч до постановки диагноза.
В этом примере осуществляют мониторинг воспалительных маркеров IL-6, IL-1β и белка-С, являющегося белком, участвующим в контролировании коагуляции, у госпитализированных пациентов, проходящих курс химиотерапии от острого миелоидного лейкоза. У пациентов с сепсисом (N=4) отмечались признаки, которых не было у пациентов без сепсиса (N=11). Эти признаки включают: 1) скачок температуры до величины >=38°С; 2) повышение уровня IL-6 до >5 нг/мл (менее чем за 12 ч); 3) снижение уровня белка-C до менее чем 1 мкг/мл и 4) повышение уровня IL-1β до >100 пг/мл. Эти отдельные признаки указывают на начало сепсиса. Уровень IL-6 повышается до величины, превышающей примерно 10000 пг/мл, у всех субъектов с начавшимся сепсисом (Фиг.36А). Уровень белка-C снижается до минимальной величины равной примерно 1,3 мкг/мл у всех субъектов с начавшимся сепсисом (Фиг.36B).
Однако скачок температуры не прогнозирует появление сепсиса. Комбинация признаков (температура, уровни IL-6, белка-C и IL-1β) является эффективной при прогнозировании появления сепсиса.
Комбинация признаков была следующей: ЕСЛИ температура >38° ИЛИ снижение уровня белка-C >30% И, соответственно, уровень IL-6 >5 нг/мл ИЛИ уровень IL-1β >100 пг/мл, у пациента развивался сепсис.
В Таблице 11 показан временной интервал, прошедший от момента появления признаков сепсиса до постановки диагноза, когда может быть начато лечение.
Сепсис представляет собой воспаление всего организма, включающее заражение крови. Сепсис может привести к септическому шоку, который приводит к фатальному исходу примерно в 50% случаев. Сепсис и септический шок представляют серьезную проблему в реаниматологии и являются основной причиной смертности в отделениях интенсивной терапии. В США в год сепсис развивается у 750000 больных, а септический шок вызывает смерть примерно в 215000 случаев. Приростная стоимость лечения инфекций кровотока (BSI) по расчетам приближается к 20000 долларов М.Kilgore, S.Brossette, Am. J. Infect. Control. 36, S172 e1 (Dec, 2008). Пациенты с приобретенными в отделениях интенсивной терапии (ICU) инфекциями кровотока (BSIs) значительно дольше находятся в ICU (15,5 дней вместо 12 дн) и средние расходы на лечение в больнице составляют 85137 долларов, а не 67879 долларов, как в случае пациентов без BSI, приобретенной в ICU. Id.
Начинаемое раньше лечение снижает процент смертных случаев, связанных с септическим шоком. Гибкая, удобная и интеллектуальная структура HS обеспечивает более эффективное и раннее лечение с меньшими расходами. Характерная черта этой системы состоит в легкости ее применения и в прямом и активном участии отдельных пациентов и НСТ. Увеличение числа спасенных людей на 25% коррелирует с 25%-ным уменьшением расходов на лечение тех пациентов, которые бы погибли. В дополнение к сокращению расходов следует указать на снижение стоимости лечения тех, кто выжил, но требуют длительного дорогостоящего лечения, которое осуществляется быстрее с помощью HS и требует меньших расходов на медицинский центр.
Система HS может идентифицировать признаки появления инфекции и сепсиса у пациентов. Те же самые отличительные признаки могут быть использованы для обнаружения наличия инфекции и ответа организма на инфекцию у лиц, инфицированных различными вирусами гриппа для того, чтобы лечение могло быть индивидуализированным и начиналось раньше.
Пример 7. Наблюдение за появлением гриппа: анализы на наличие заболевания
Детекция частиц вируса. На Фиг.20А показана схема определения антигена вируса H1 в ответ на появление вирусных частиц H1:N1. Анализ для определения антигена H1 осуществляют, как описано в международной заявке WO/2009/046227, дата подачи 2 октября 2008 г под названием «MODULAR POINT-OF-CARE DEVICES AND USES THEREOF». Образцы, содержащие известные концентрации антигена H1N1, смешивали с антителом - детектором и полученную смесь инкубируют в течение 30 мин в микротитрационном планшете с 384 лунками, содержащими покрытие из антитела захвата. Лунки промывали путем повторяющейся аспирации буфера и затем добавляли субстрат для фермента. Через 10 мин микротитрационный планшет считывали в люминометре М5. Антитело захвата представляет собой моноклональное антитело, направленное против вируса H1, связанного с субстратом. Антитело - детектор является поликлональным антителом, направленным против вируса H1, меченным щелочной фосфатазой. Аналит представляет собой препарат, выявляющий антигены H1 и N1. На Фиг.20 на оси Х указаны различные количества аналита, добавленного в буфер.
Определение вируса H1N1 в назальном образце. Назальный образец, полученный в виде назального смыва, экстрагируют с использованием реагентов и протокола коммерчески доступного набора Quickvue. В соответствии с этим протоколом проводили анализ буферного раствора и назального экстракта с добавлением и без добавления антигена H1N1 (четыре повторяющихся определения / образец) с получением следующих результатов:
Результаты анализа образцов без добавления антигена оказались отрицательными, наблюдались четкие различия между образцами с добавленным антигеном и без антигена.
В похожем примере с применением клинических образцов в каждом мультиплексном картридже осуществляли два вида анализов, используя дупликатные «наконечники» для каждого анализа на вирус H1. Результаты показаны на Фиг.20B. На Фиг.20B «наконечники 1,1» дают среднее количество сигналов (импульсов) для одной пары антител, а «наконечники 3,4» дают импульсы для другой пары. С помощью метода ПЦР (PCR) анализировали образцы назального смыва восьми образцов с отрицательным результатом на вирус гриппа типа A и 11 образцов с положительным результатом на вирус гриппа 2009 г. (H1N1). Для образцов, характеризующихся применением данных двух видов анализа, получилось четкое различие между положительными и отрицательными результатами (пунктирная линия применялась в качестве селектора (выделения)). С учетом этого порогового значения получились восемь истинноотрицательных, два ложноотрицательных, девять истинноположительных результатов, но ложноположительных результатов не было. Чувствительность (ТР/ТР+FN) была равна 81%, а специфичность (TN/TN+FP) составила 100%. Степень различия с использованием любого одного анализа была менее достоверной, чем в случае применения результатов обоих анализов.
Антитела хозяина. Антитела хозяина, направленные против частиц вируса гриппа, могут быть обнаружены согласно данному изобретению. Наличие таких антител свидетельствует, что отдельный субъект менее подвержен активной инфекции, приводящей к появлению заболевания. На Фиг.21 показана схема анализа для обнаружения антител хозяина в картридже FS. В этом примере реагент захвата представляет собой антиген-имитатор, содержащий идеотоп, присущий антителу, связанному с твердой фазой. Реагент для обнаружения является человеческим антителом IgG, меченным щелочной фосфатазой. Очищенное гуманизованное моноклональное антитело (аналит) добавляли в известных количествах к человеческой сыворотке, что показано на оси X. Содержимое лунок, покрытых антителом к антигену вируса H1, инкубировали вместе с разбавленным образцом (человеческие кровь, плазма или сыворотка), смешанным с антителом против вируса H1, меченным щелочной фосфатазой, в течение 30 мин при комнатной температуре. Лунки промывали буфером и подвергали действию хемилюминогенного субстрата щелочной фосфатазы в течение 10 мин перед считыванием скорости образования фотонов в люминометре М5 (Molecular Devices). Антитела к вирусам гриппа могут быть выявлены тем же методом с помощью антигена вируса гриппа, связанного с твердой фазой.
В другой серии опытов антитела хозяина, направленные против вируса H1N1, определяли методом прямого анализа. Поверхности захвата были покрыты антигеном вируса. Образец серопозитивной сыворотки разводили в 10 раз и проводили его инкубацию с поверхностью захвата в течение 10 мин с последующей инкубацией в присутствии антитела человеческого IgG, меченного щелочной фосфатазой, в течение 10 мин. После промывки поверхности захвата добавляли субстрат для фермента и определяли сигнал (фотоны) через 10 мин. Результаты показаны на Фиг.22А. Как видно на этой Фиг.22А, интенсивность сигнала возрастает с увеличением антигенной нагрузки на поверхности и достигает плато при концентрации антигена равной примерно 1000 нг/мл.
На Фиг.22B показаны результаты анализа с применением серопозитивного образца, разведенного в разной степени, осуществленного как описано выше. Как видно на этой Фиг.22B, титрование осуществляют до максимального уровня при примерно 0-кратном разведении. Для осуществления контрольного анализа проводят определения параллельно при концентрации антигена вируса, равной 0 и 500 нг/мл. При разведении образца в любой степени практически не наблюдалось ответа.
Маркеры воспаления. Резкое увеличение уровня маркеров воспаления, а именно иммунных маркеров, таких как цитокины, может свидетельствовать о том, что субъект инфицирован вирусом гриппа, который не определяется известными способами определения антигенов, или же подвергается другому острому процессу, требующему медицинской помощи. На Фиг.23 показаны результаты определения человеческого цитокина IL-6 с помощью картриджей системы FS в соответствии с изобретением. В этом примере реагентом захвата служило моноклональное антитело, направленное против человеческого IL-6, а реагентом для обнаружения было поликлональное антитело, направленное против человеческого IL-6, меченое щелочной фосфатазой. Очищенный IL-6 добавляли к человеческой плазме крови, практически не содержащей IL-6 в различных количествах, как показано на оси Х на Фиг.23. Образцы плазмы анализировали в системе FS, результаты анализа показаны.
В другом примере в системе FS осуществляли мониторинг госпитализированного субъекта, подозреваемого в наличии инфекции вирусом свиного гриппа. Для анализа серийных назальных образцов, отобранных у субъекта, применяли два разных типа картриджей. В одном картридже могут быть проведены три различных мультиплексных анализа на антиген вируса H1N1 (с использованием разных пар антигенов), другой тип анализа предусматривал обнаружение маркеров воспаления IL-6 и TNF-α. Как видно на Фиг.37, уровень антигена (определяемый по скорости появления импульсов) возрастает в несколько раз в течение 6-10 дней мониторинга. В течение этого промежутка времени уровень обоих цитокинов резко возрастает, что указывает на наличие острого воспалительного процесса.
Пример 8. Определение маркеров сепсиса
Сепсис является серьезным медицинским состоянием, характеризующимся воспалением всего организма и наличием известной или подозреваемой инфекции. Сепсис может привести к септическому шоку, синдрому дисфункции многих органов и к смерти. Белок С представляет собой основной физиологический антикоагулянт. Ключевой фермент метаболизма белка C, активированный белок C, придает физиологическую антитромботическую активность и обладает и антивоспалительной, и антиапоптотической активностью. Дротрекогин альфа (активированный) является рекомбинантным активированным белком C, применяемым при лечении острого сепсиса и септического шока. C-реактивный белок (CRP) является белком, обнаруживаемым в крови, уровень которого растет в случае острого воспаления. В основном, CRP применяют в качестве маркера воспаления и может быть использован для определения развития заболевания или эффективности лечения.
На Фиг.24 показаны результаты мониторинга сепсиса во времени. Реагенты для белка-C и C-реактивного белка помещали в картриджи мультиплексной системы Field System («полевой системы»). Система анализов применялась для определения указанных аналитов в образцах крови, взятых у пациента, проходящего курс химиотерапии. Показаны результаты определения в зависимости от промежутка времени, прошедшего от начала лечения. Пациенту был поставлен диагноз «сепсис» примерно на 6-й день, ему назначили интенсивное лечение. После выздоровления и выписки из ICU у пациента вновь развился сепсис примерно на 18-й день. Уменьшение уровня белка-С предшествовало примерно на день обнаружению сепсиса. Степень серьезности воспалительного ответа видана по сильному увеличению уровня CRP.
Пример 9. Наблюдение за развитием диабета: обнаружение GLP-1 и C-белка
На Фиг.25 показано проведение анализа GLP-1, гормона, участвующего в процессе регуляции метаболизма глюкозы, с помощью системы картриджей FS. В этом примере реагентом захвата является моноклональное антитело против GLP-1, а реагентом для обнаружения служит моноклональное антитело, направленное против человеческого GLP-1, меченное щелочной фосфатазой. Образцы представляли собой плазму человеческой крови, не содержащей GLP-1 с добавкой различных количеств GLP-1, как показано на оси Y на Фиг.25.
На Фиг.26 показана схема анализа на С-пептид, который получается, когда молекула проинсулина распадается на инсулин и С-пептид. Отношение инсулина к полученному С-пептиду составляло 1:1. В этом примере реагентом захвата служило моноклональное антитело к С-пептиду, а реагентом для обнаружения являлось моноклональное антитело к человеческому C-пептиду, меченное щелочной фосфатазой. Образцы содержали C-пептид, добавленный в различных концентрациях к буферу, как показано на оси Х на Фиг.26.
На Фиг.27 показан корреляция результатов определения C-пептида с помощью картриджей системы FS и результатов обнаружения C-пептида референсным методом. В этом примере проводили анализ образцов плазмы крови в системе картриджей FS и референсным методом (Linco). При сравнении результатов этих двух анализов наблюдалась хорошая корреляция во всем интервале концентраций.
Изменение уровней GLP-1 и С-пептида в крови происходит в ответ на потребление калорий. На Фиг.28 показаны результаты клинического исследования ответа этих аналитов на изменение пищевого рациона. В этом исследовании проводили мониторинг субъектов примерно в течение дня. Три субъекта принимали пищу в момент времени 0. У них отбирали образцы крови в трубочки для отбора образцов, содержащие ингибиторы протеолиза GLP-1, в моменты времени, указанные на графике. Плазма крови из этих образцов подвергалась анализу в картриджах для мультиплексных анализов для обнаружения GLP-1 (Фиг.28А) и С-пептида (Фиг.28B) одновременно. Как показано на Фиг.28, субъекты реагировали по-разному как в отношении кинетики, так и в отношении величины гормональных ответов и на GLP-1, и на С-пептид.
Пример 10. Экономия расходов при клинических испытаниях
Требования к проведению клинического испытания очень высоки вследствие огромной стоимости анализа и строгих регулирующих правил. Обратная связь, существующая при проведении наших клинических испытаний, когда многие из методов являются даже более жесткими, чем при настоящих клинических исследованиях (например, более высокие расходы на эквивалентные тесты), предлагает большую экономию расходов при применении системы Health Shield в соответствии с изобретением.
Такая экономия наблюдается при проведении ряда стадий, включая:
1) Отбор образцов,
2) Перевозку образцов,
3) Анализ образцов,
4) Сбор данных,
5) Интеграцию данных,
6) Передачу результатов,
7) Следящее тестирование и новый цикл анализа.
Все стадии с первой по четвертую осуществляются в системе HS, что позволяет устранить многие потенциальные ошибки людей. Дальнейшее снижение расхода реализуется через менее разветвленную инфраструктуру. Стоимость реагентов для систем Health Shield соизмерима с объемом и по мере увеличения объемов в данном испытании стоимость реагентов значительно снижается.
Расходы, указанные ниже, основаны на известных расходах системы HS и типичных расходах типичного тестирования.
Пример 11. Передача данных
Этот пример демонстрирует эффективность и надежность системы коммуникации данных используемой системы Health Shield. Как описано в данной заявке, система Health Shield в соответствии с изобретением включает два компонента, «полевую» систему (FS) и операционную систему (OS). Узлы системы FS используются в «полевых» условиях (в местах наблюдения) и могут передавать данные в операционную систему, расположенную в центре, с помощью сообщений, в том числе по беспроводной связи. Каналы связи могут передавать сообщения двумя путями. Например, протоколы анализов могут быть отправлены из операционной системы в систему FS, и эти результаты, отправленные устройствами системы FS в операционную систему для (1) интерпретации с помощью алгоритмов калибровки и (2) отправки данных определения аналитов и последующего анализа выбранным лицам, включая персонал компании, производящей лекарства, врачей, пациентов. Для оценки надежности системы коммуникаций приборы FS размещаются в нескольких местах и передача данных из устройств FS на сервер операционной системы записывается. Приборы размещены в четырех разных странах и в лабораториях и в домах пациентов. Проводили анализ нескольких сотен образцов со 100%-ной успешной коммуникацией результатов. В некоторых случаях устройство не отправляло сообщения с первой попытки (в целом 92% успешных попыток), но сообщение передавалось после повторной попытки. Попытки продолжались до успешной отправки сообщения.
Пример 12. Определение VEGFR2 (рецептора-2 фактора роста эндотелия сосудов)
В этом примере картриджное устройство «полевой» системы FS использовали для осуществления анализа на человеческий растворимый VEGFR2. Пример демонстрирует тип анализа, который может быть проведен на месте мониторинга раковой терапии. Одним важным новым классом противораковых лекарств являются ингибиторы ангиогенеза, которые влияют на действие VEGF на VEGFR2 на поверхности эндотелиальных клеток. Следовательно, определение VEGF и его VEGFR2 представляет интерес. Поверхность захвата в ячейке для анализа покрыта реагентом захвата следующим образом. Внутренняя поверхность ячейки для анализа, изготовленной из формованного полистирола, подвергается последовательному воздействию реагентов для покрытия при их аспирации и пневматической эжекции. 20 мкл каждого реагента для покрытия помещали в ячейки для анализа и проводили инкубацию при комнатной температуре в течение 10 мин. Реагентами для покрытия в этом примере являлись последовательно: нейтравидин (20 мкг/мл) в буферном растворе (карбонат - бикарбонат) с pH 9, биотинилированное «антитело захвата» (моноклональное антитело, направленное против VEGFR2, 20 мкг/мл) в физиологическом растворе, содержащем трис-буфер (pH 8) и «фиксирующий» реагент, содержащий 3% раствор альбумина телячьей сыворотки в физиологическом растворе, содержащем трис-буфер. После нанесения указанных реагентов ячейки для анализа высушивали с помощью сухого воздуха и хранили высушенными. Ячейки для анализов и реагентов помещались в корпус и применяли для анализа образцов в системе.
Образца для анализа, помещенные в ячейки для анализа, разводили раствором 50 мМ трис-буфера (pH 8), содержащим альбумин телячьей сыворотки и изотоническую сахарозу, в течение 20 мин. Из ячейки для реагентов, содержащей конъюгат, раствор меченного щелочной фосфатазой (из оболочки кишечника) моноклонального антитела, направленного против VEGFR2 (связывание с эпитопом антитела поверхности захвата) с концентрацией 250 нг/мл в стабилизирующем реагенте BioStab, эти реагенты помещались на 10 мин в ячейку для анализа. После завершения связывания конъюгата с комплексом аналита, связанного с поверхностью захвата, ячейку для анализа промывали раствором, содержащимся в ячейке для реагентов (коммерчески доступным буфером для промывки, Assay Designs). Ячейку для анализа промывали 5 раз. Затем ячейку для анализа перемещали для отбора и смешения с другим реагентом, содержащимся в другой ячейке для реагентов, этим другим реагентом служил раствор коммерчески доступного люминогенного субстрата для щелочной фосфатазы (KPL Phosphaglo) и проводили инкубацию в течение 10 мин. Реакция в ячейке для анализа обнаруживалась узлом детекции по изобретению.
На Фиг.29 показаны результаты определения VEGFR2 этим методом. На оси x показана концентрация VEGFR2 (пг/мл), на шкале y - степень люминесценции (импульсы). Кривая применялась для калибровки модульной ячейки для анализа и ячеек для реагентов.
Пример 13. Определение аналита в плазме крови
Намагничивающиеся частицы представляли собой частицы BioMag диаметром 1,3 мкм из Bangs laboratories. Эти гранулы содержали покрытие (от производителя) из антитела против кроличьего IgG. Гранулы (14 мг/мл) диспергировали в растворе сахарозы, содержащем трис-буфер (или, альтернативно, в физиологическом растворе с трис-буфером), содержащем также 3% альбумина телячьей сыворотки и кроличье антитело к IgG на поверхности эритроцитов (CedarLane, Ю=1,15 мг/мл). Аликвоты (10 мкл) этой дисперсии помещали в конические пробирки и проводили лиофилизацию (замораживали в жидком азоте и лиофилизировали в течение примерно 24 ч при температуре, равной - 70°С) до помещения в щель в корпусе картриджа. Кроличье антитело связывалось как с эритроцитами, так и с гранулами, покрытыми антителом, направленным против кроличьего IgG, и вызывала коагглютинацию гранул и эритроцитов.
Лиофилизованные намагничивающиеся гранулы вновь суспендировали, добавляя 20 мкл цельной крови, затем проводили восьмикратные аспирации и помещение (1,5 мин) в коническую пробирку.
Кровь разделяли путем помещения наконечника (в вертикальном положении) в горизонтально ориентированное сильное магнитное поле. Обычно из 20 мкл образца крови выделяют 8 мкл плазмы, практически не содержащей эритроцитов, без признаков гемолиза (выход плазмы 70%). Выход аналитов (не подвергнутых магнитной сепарации в отличие от плазмы) близок к 100% для белка-C, VEGF, P1GF, инсулина, GIP и GIP-1. (P1GF - плацентный фактор роста, GIP-глюкозозависимый инсулинотропный пептид).
Пример 14. C-реактивный белок
Серийное разведение образца для анализа можно проводить в системе, описанной в данной заявке. C-реактивный белок является маркером острой фазы. Нормальный уровень C-реактивного белка измеряется в нг/мл (верхний предел) и в мкг/мл (нижний предел). Во время острой фазы любой заболевания печень человека вырабатывает CRP и его уровень в крови может повышаться до сотен мкг/мл. Определение CRP создавало проблемы для известных аналитических «полевых» систем из-за широкого динамического диапазона определяемых концентраций (>105 - кратное).
Система картриджей системы FS, описанная в данной заявке включает устройство для перемещения жидкостей и картридж или устройство с набором ячеек для анализа и для реагентов. В наконечниках для анализа имеется моноклональное антитело против CRP, связанное с их внутренней поверхностью, эти наконечники помещены в картридж вместе с раствором антитела - детектора (меченное щелочной фосфатазой антитело против CRP (обладающее специфичностью эпитопа, отличающейся от специфичности эпитопа антитела на поверхности наконечников), раствором для промывки и хемилюминогенным субстратом для щелочной фосфатазы (PhosphaGLO™), производимым KPL.
Для определения CRP в картриджи помещены предварительно разведенные растворы CRP без последующего разведения. Картриджи подвергались обработке в системе FS. Наконечниками последовательно отбирали раствор CRP (10 мкл), антитело-детектор (12 мкл) и проводили инкубацию в течение 10 мин при температуре 34°С, затем их вынимали. Наконечники промывали путем четырехкратной аспирации 20 мкл раствора для промывки перед введением в них 15 мкл субстрата. Через 10 мин выдержки при температуре 37°С измеряли интенсивность излучения света в течение 5 с. Строили график зависимости интенсивности сигнала (фотоны) от концентрации CRP и данные включали в операцию построения 5-членной полиномиальной функции, как показано ниже, для построения функции калибровки, показанной на Фиг.30.
Опыт проводили, используя серийное разведение аналита с высокой концентрацией для получения однозначного ответа анализа в системе, описанной в данной заявке. Растворы CRP (20 мкл) помещали в картриджи и проводили их серийное разведение с помощью устройства (разведения 1:50, 250, 750 и 1500, соответственно). Разбавленные растворы обрабатывали, как описано выше. Когда концентрация разбавленного CRP превышала верхний предел диапазона калибровки анализа (300 нг/мл), наблюдался затухающий ответ анализа (см. ниже, данные двух устройств).
Результат, показанный на Фиг.31, может быть смоделирован с помощью модификации изотерм связывания по Скэтчарду ((S/Smax=С/(С+С0.5). Модификация предполагает, что ответ анализа прямо пропорционален величине концентрации антитела - детектора, что имело место в этом примере (данные не показаны). Любое количество уноса CRP в разведенном образце в следующий реагент (антитело-детектор) будет быстро реагировать с этим реагентом, делая его неспособным к связыванию антигена, связанного с твердым антителом. Снижение эффективной концентрации пропорционально количеству CRP, унесенному из образца, и может быть вычислено по фактору (D-C*f)/D.
Следовательно, S=Smax*(C/(C+C0.5))*(D-C*f)/D, где S - интенсивность сигнала, Smax - максимальная интенсивность сигнала (соответствующая нулевому уносу), C-концентрация аналита, С0.5 - концентрация в случае полумаксимального сигнала (нет уноса), D - концентрация антитела-детектора и f - фракционный унос.
Величины, применяемые для подстановки данных, получаются путем оптимизации каждого из четырех параметров, указанных ниже, с помощью метода наименьших квадратов, основанного на минимизации разницы между экспериментальными и теоретическими данными. Как показано на Фиг.31, достигалось превосходное согласование и величины параметров Smax, С0.5 и D (см. Таблицу 14) были близки к величинам, которые могут быть рассчитаны по максимальной интенсивности сигнала, полученной величине С0.5 и известной концентрации антитела-детектора. Эта модель определила степень уноса как величину равную 0,034% (десятая часть 3,83Е-04).
Затем могут быть получены данные для разведения, использованного для достижения конечной концентрации в каждом наконечнике для анализа, и для каждого разведения, которые показывают, что разведения были точными, как показано на Фиг.32.
Модель, описанная выше, может быть использована для расчета ответов на каждое данное разведение и для построения алгоритмов для того, чтобы убедиться в том, что концентрация аналита рассчитана только для наконечников в диапазоне калибровки.
Графические средства для представления данных показаны на Фиг.33, где приведен график зависимости нормализованного ответа анализа (В/Bmax) от log нормализованной концентрации (С/С0.5) для разведении 1:1 (сплошная линия), 5:1 (штриховая линия) и 25:1 (пунктирная линия). На Фиг.34 и 35 показан похожий пример (как на Фиг.33), но при различных нормализованных концентрациях. Простые алгоритмы распознавания образов («шаблонов») могут быть использованы для определения данных при применении образцов с высокой концентрацией. Например, для большинства случаев интенсивность сигнала (ответа) снижается с разведением (дозой). Когда интенсивность сигнала для любого разведения равна интенсивности сигнала для следующего разведения или превышает ее, результат для меньшего разбавления отбрасывается. В другом примере концентрации, полученные с помощью функции калибровки, описанной выше, должны соответствовать некоторой системе неточностей при известных разведениях. Если рассчитанная величина концентрации для слабого разведения ниже, чем соответствующие величины для более сильного разведения, результат для слабого разведения отбрасывается.
Когда дозозависимый результат приближается к максимальному значению, наклон кривой зависимости концентрации от сигнала (∆С/∆S) увеличивается. Для анализов, в которых относительная вариация сигнала (∆S/S) остается практически постоянной (например, в некоторых случаях по изобретению), это приводит к большей изменчивости рассчитанных концентраций при более высоких величинах концентраций. Разведение или серийное разведение образца может обеспечить желаемую точность определения концентраций (например, CV<10%) при значительно большей интенсивности сигнала (например, больше чем в 10 раз) по сравнению с сигналом для холостой пробы (нулевая концентрация аналита), но не вблизи от максимального сигнала (например, <0,3*макс.сигнал). Серийное разведение обеспечивает наличие сигнала в этом диапазоне при любой релевантной концентрации в образце.
Осуществляя несколько определений концентрации аналита при различных разведениях, можно получить среднюю величину. Среднюю величину концентрации можно также получить путем повторных определений для одного разведения образца. В некоторых случаях метод серийного разведения при осуществлении способов с использованием систем и устройств по изобретению часто приводит к устранению ошибок из-за нелинейности разведения благодаря (например) эффекту матрицы образца.
В то время, как были описаны предпочтительные варианты изобретения, специалисту в данной области очевидно, что эти варианты являются только примерами. Не выходя за рамки данного изобретения, специалист может осуществить многочисленные изменения и замены. Следует учитывать, что при осуществлении данного изобретения можно использовать различные альтернативы описанных в данной заявке вариантов. Следующая ниже формула изобретения определяет объем изобретения, которое охватывает способы и структуры в этом объеме и их эквиваленты.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Способ проведения иммуноферментного анализа для выявления антител в биологическом образце человека, специфичных к коронавирусу человека SARS-COV2, тест-система | 2021 |
|
RU2759149C1 |
| СИСТЕМА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ НАЛИЧИЯ АНАЛИТА В ЖИДКОМ ОБРАЗЦЕ | 2011 |
|
RU2653451C2 |
| ИЗДЕЛИЯ И СПОСОБЫ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДОПТИВНОЙ КЛЕТОЧНОЙ ТЕРАПИИ | 2018 |
|
RU2795984C2 |
| КАРТРИДЖНАЯ СИСТЕМА | 2007 |
|
RU2435163C2 |
| БИОМАРКЕРЫ ДЛЯ ТУБЕРКУЛЕЗА | 2014 |
|
RU2697549C2 |
| Способ иммуноферментного определения уровня антигенраспознающих рецепторов В-лимфоцитов, представленных мембранными, специфическими к RBD PROTEIN SARS-CoV-2, IgG антителами | 2021 |
|
RU2760438C1 |
| МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ТЕСТ-СИСТЕМА, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И МОНИТОРИНГА ТЕРАПИИ РАКА МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ И РАКА ЯИЧНИКОВ, И СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ АНАЛИЗА С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ | 2014 |
|
RU2599890C2 |
| СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ВОЗБУДИТЕЛЕЙ ОСТРЫХ РЕСПИРАТОРНЫХ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ | 2019 |
|
RU2726797C1 |
| ПАТРОН ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ АНАЛИТА В ПРОБЕ ТЕЛЕСНОЙ ЖИДКОСТИ И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО СИСТЕМА | 2008 |
|
RU2540424C2 |
| КОМПОЗИЦИИ И СПОСОБЫ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ИММУНОДЕФИЦИТА | 2015 |
|
RU2724058C2 |
Группа изобретений относится к области медицины, а именно к диагностике. Система для наблюдения за состоянием здоровья и мониторинга, содержит множество устройств для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом, каждое из которых содержит устройство передачи жидкости и программируемый процессор; внешнее устройство выполнено с возможностью обмена данными с упомянутым множеством устройств; компонент статической базы данных; компонент динамической базы данных; компонент компьютерного моделирования; множество картриджей для проведения анализа, причем каждый картридж содержит избыток разбавителя; причем внешнее устройство обеспечивает инструкциями процессор для выполнения изменения протокола проведения анализа на основе результатов моделирования, без необходимости обеспечения новыми устройствами для проведения анализа; и автоматизированное устройство для перемещения образца жидкости. Группа устройств обеспечивает выборочное обследование в режиме реального времени, моделирование, анализ и выработку рекомендаций по проведению мер в случае появления инфекционного заболевания, что позволяет предупредить вспышку заболевания. 5 н. и 64 з.п. ф-лы, 42 ил.
1. Система моделирования развития заболевания среди населения, содержащая:
множество устройств для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом, расположенных в различных местоположениях, каждое из которых содержит устройство передачи жидкости и программируемый процессор;
внешнее устройство, выполненное с возможностью обмена данными с упомянутым множеством устройств для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами;
компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к заболеванию и/или к населению;
компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении и отдельных лицах;
компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и в компоненте динамической базы данных, таким образом моделируя распространение заболевания среди населения;
множество картриджей для использования с устройствами для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом, причем каждый картридж содержит избыток разбавителя, помещенного в картридж;
причем внешнее устройство выполнено с возможностью обеспечения инструкциями упомянутого программируемого процессора для выполнения изменения протокола проведения анализа на основе результатов моделирования компонентом компьютерного моделирования, без необходимости обеспечения новыми устройствами для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами в различных местоположениях; и
при этом упомянутые инструкции содержат инструкции для устройства для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами для передачи пробы физиологических жидкостей в отдельную ячейку для анализа с использованием устройства перемещения образца жидкости, содержащей систему пипеток, причем устройство перемещения образца жидкости является автоматизированным для перемещения ячейки для анализа, наконечника для анализа или пустой пипетки из одной ячейки устройства в отдельную ячейку устройства, не имеющих жидкостного сообщения друг с другом, причем картридж содержит множество различных ячеек для реагентов, которые могут быть использованы и заняты устройством перемещения образца жидкости в любом порядке или в любой комбинации согласно протоколу.
2. Система по п. 1, в которой заболевание представляет собой инфекционное заболевание или хроническое заболевание.
3. Система по п. 2, в которой агент, вызывающий инфекционное заболевание, или его аналит представляют собой аденовирус, "палочку коклюша" Bordella pertussis, хламидию пневмония, хламидию трахоматис, токсин холеры, β-токсин холеры, кампилобактерии группы Campylobacter jejuni, цитомегаловирус, токсин дифтерии, ядерный антиген (NA) вируса Эпштейна-Барр, ранний антиген (ЕА) вируса Эпштейна-Барр, капсидный антиген вируса (VCA) Эпштейна-Барр, Хеликобактер Пилори, кор вируса гепатита В (HBV), оболочечный вирус гепатита В (HBV), поверхностный (Ау) вирус гепатита В (HBV), кор вируса гепатита С (HCV), антиген NS3 вируса гепатита С (HCV), антиген NS4 вируса гепатита С (HCV), антиген NS5 вируса гепатита С (HCV), вирус гепатита А, вирус гепатита D, антиген orf2 вируса гепатита Е (HEV) с молекулярной массой 3 кДа, антиген orf2 вируса гепатита Е (HEV) с молекулярной массой 6 кДа, антиген orf3 вируса гепатита Е (HEV) с молекулярной массой 3 кДа, антиген 1 р24 вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), антиген gp41 вируса иммунодефицита человека (HIV), антиген gp120 вируса иммунодефицита человека (HIV), вирус папилломы человека (HPV), вирус простого герпеса HSV-1/2, антиген gD вируса простого герпеса HSV-1, антиген gG вируса простого герпеса HSV-2, вирус Т-клеточного лейкоза человека (HTLV)-1/2, вирус гриппа типа А, вирус гриппа A H3N2, вирус гриппа типа В, Лейшмания доновани, вирус болезни Лайма, вирус свинки, микоплазму пневмонии, микобактерию туберкулеза, вирус пара-гриппа типа 1, вирус парагриппа типа 2, вирус пара-гриппа типа 3, вирус полиомиелита, респираторный синцитиальный вирус (RSV), вирус краснухи, вирус кори, стрептолизин О, столбнячный токсин, Т. pallidum с молекулярной массой 15 кДа, Трипаносому крузи, токсоплазму или вирус ветряной оспы Varicella Zoster.
4. Система по п. 1, в которой заболевание представляет собой инфекционное заболевание, вызванное микроорганизмом, микробом, вирусом, бактерией, архебактерией, простейшим организмом, протистом, грибком или микроскопическим растением.
5. Система по п. 4, в которой вирус представляет собой вирус гриппа или ВИЧ.
6. Система по п. 4, в которой бактерия представляет собой микобактерию туберкулеза.
7. Система по п. 4, в которой простейший организм представляет собой простейший организм, вызывающий малярию.
8. Система по п. 1, в которой заболевание представляет собой хроническое заболевание или состояние, включающее диабет, преддиабетическое состояние, резистентность к инсулину, метаболическое расстройство или сердечно-сосудистое заболевание.
9. Система по п. 1, в которой компонент статической базы данных содержит информацию об отдельных лицах среди населения.
10. Система по п. 9, в которой информация об отдельных лицах среди населения включает один или более параметров: возраст, раса, пол, место жительства, генетические факторы, однонуклеотидные полиморфизмы (SNPs), семейный анамнез, история болезни или история лечения.
11. Система по п. 1, в которой компонент статической базы данных содержит информацию о заболевании.
12. Система по п. 11, в которой информация о заболевании включает один или более параметров: вирулентность, заразность, способ передачи, доступность лечения, доступность вакцины, коэффициент смертности, срок выздоровления, стоимость лечения, инфективность, скорость распространения, скорость мутации и данные о прошлых вспышках заболевания.
13. Система по п. 1, в которой происходит обновление базы данных в компоненте динамической базы данных в режиме реального времени.
14. Система по п. 1, в которой база данных в компоненте динамической базы данных включает сведения о течении заболевания отдельных лиц среди населения.
15. Система по п. 14, в которой сведения о течении заболевания у отдельного лица получены путем определения биомаркера, физиологического параметра или их комбинации.
16. Система по п. 15, в которой заболевание представляет собой грипп, и биомаркер является гемагглютинином и/или нейраминидазой.
17. Система по п. 16, в которой гемагглютинин выбран из группы, состоящей из подтипов H1, Н2, Н3, Н4, Н5, Н6, Н7, Н8, Н9, Н10, Н11, Н12, Н13, Н14, Н15 и Н16, а нейраминидаза выбрана из группы, состоящей из подтипов N1, N2, N3, N4 и N5.
18. Система по п. 17, в которой гемагглютинин представляет собой подтип H1, и нейраминидаза представляет собой подтип N1.
19. Система по п. 17, в которой гемагглютинин представляет собой подтип Н5, и нейраминидаза представляет собой подтип N1.
20. Система по п. 15, в которой биомаркер представляет собой антитело организма-хозяина.
21. Система по п. 20, в которой биомаркер представляет собой антитело IgM, антитело IgG или антитело IgA, активное против маркера заболевания.
22. Система по п. 15, в которой биомаркер представляет собой маркер воспаления.
23. Система по п. 22, в которой маркер воспаления представляет собой цитокин или С-реактивный белок.
24. Система по п. 23, в которой маркер воспаления представляет собой IL-1β, IL-6, IL-8, IL-10 или TNFα.
25. Система по п. 15, в которой определение биомаркера осуществляют в образце жидкости организма отдельного лица.
26. Система по п. 25, в которой жидкость организма представляет собой кровь, плазму, сыворотку, мокроту, мочу, фекалии, семенную жидкость, слизь, лимфу, слюну или назальный смыв.
27. Система по п. 15, в которой физиологический параметр представляет собой один или более параметров: вес, температура, частота пульса, кровяное давление, подвижность, гидратация организма, электрокардиограмма (ЭКГ) или сведения о потреблении алкоголя.
28. Система по п. 15, в которой определение биомаркера или физиологического параметра осуществляют с помощью одного из упомянутых устройств для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом.
29. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом осуществляет один или более из анализов: анализ в картриджах, анализ методом ПЦР в режиме реального времени, быстрый анализ антигенов, анализ вирусной культуры и иммунологические анализы.
30. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом расположено в одном или более мест: школа, рабочее место, торговый центр, помещение для проведения общественных мероприятий, религиозное учреждение, больница, поликлиника, мобильная установка или дом пациента.
31. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом содержит переносной прибор.
32. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом содержит переносной картридж.
33. Система по п. 32, в которой картридж выполнен с возможностью принятия реагентов для определения биомаркеров.
34. Система по п. 32, в которой картридж выполнен с возможностью определения биомаркеров на основании протокола, поступающего из компонента компьютерного моделирования.
35. Система по п. 28, в которой картридж выполнен с возможностью определения набора биомаркеров из множества образцов жидкостей организма.
36. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом определяет более одного маркера с безошибочностью и/или точностью, которые более чем на 30% выше получаемых стандартными методами.
37. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом включает графический интерфейс пользователя, выполненный с возможностью ввода данных.
38. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом выполнено с возможностью передачи результатов измерения биомаркера или физиологического параметра в компонент компьютерного моделирования.
39. Система по п. 38, в которой передачу осуществляют по беспроводной связи, по проводной связи или по комбинированной связи.
40. Система по п. 39, в которой передача по беспроводной связи представляет собой передачу с помощью WiFi, Bluetooth, Zigbee, сотового телефона, спутника и/или беспроводной глобальной сети.
41. Система по п. 38, в которой передачу осуществляют по безопасной связи через интернет.
42. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом выполнено с возможностью установления двусторонней связи с компонентом компьютерного моделирования.
43. Система по п. 28, в которой устройство для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом выполнено в соответствии с инструкциями, вырабатываемыми компонентом компьютерного моделирования.
44. Система по п. 1, в которой осуществляют обновление результатов моделирования в режиме реального времени, когда становятся доступными обновленные динамические данные.
45. Система по п. 1, в которой компонент компьютерного моделирования выполнен с возможностью предоставления результатов моделирования одному или более из специалистов по уходу за больными, работников государственных учреждений и отдельных лиц.
46. Система по п. 1, в которой компонент компьютерного моделирования выполнен с возможностью прогнозирования одного или более планов действий на основе результатов моделирования.
47. Система по п. 46, в которой один или более планов действий ранжированы в соответствии с параметром ранжирования.
48. Система по п. 47, в которой параметр ранжирования представляет собой финансовые соображения, количество заболевших, количество лет жизни с поправкой на ее качество (QALY) и/или количество лет жизни с поправкой на ее качество (QALY) на единицу экономических затрат.
49. Система по п. 46, в которой один или более планов действий включают стратегию контроля распространения заболевания.
50. Система по п. 49, в которой стратегия контроля распространения заболевания включает одно или более из действий: домашний карантин, индивидуальный карантин, карантин в географической зоне, социальное расстояние, госпитализация, закрытие школ, закрытие рабочих мест, ограничение перемещений, прекращение движения общественного транспорта, терапевтическое лечение или воздействие, профилактическое лечение или воздействие, вакцинация, снабжение защитной одеждой, снабжение масками и дополнительное тестирование в месте наблюдения за пациентом.
51. Система по п. 49, в которой стратегия контроля распространения заболевания включает одно или более из действий: консультации по изменению поведения для лиц, находящихся в группе риска или пораженных заболеванием, повторное определение биомаркера и/или физиологического параметра и возмещения расходов больным.
52. Система по п. 49, в которой стратегия контроля распространения заболевания включает одно или более из действий: рекомендации по установлению очередности оказания помощи пациентам, управление ресурсами, определение индекса эффективности для каждого действия, определение затрат для каждой стратегии, определение прибыли на инвестиции.
53. Система по п. 49, в которой стратегия контроля распространения заболевания включает одно или более из действий: целевая профилактика, общая профилактика, целевая профилактика с помощью антибиотиков, общая профилактика с помощью антибиотиков, целевая профилактика с помощью противовирусных препаратов, общая профилактика с помощью противовирусных препаратов, целевая вакцинация и общая вакцинация.
54. Система по п. 53, в которой целевая профилактика или вакцинация представляет собой целевую профилактику или вакцинацию детей в возрасте 1-4 года, детей в возрасте 5-14 лет, беременных женщин, молодых людей в возрасте 15-30 лет, медицинских работников первой линии, лиц в группе высокого риска смертности или гериатрических пациентов.
55. Система по п. 1, в которой компонент компьютерного модулирования выполнен с возможностью определения стратегии наблюдения на основе результатов моделирования.
56. Система по п. 55, в которой стратегия наблюдения включает определение течения заболевания пациента или группы пациентов с помощью устройства для проведения анализа в месте наблюдения за пациентами.
57. Система по п. 55, в которой обновление стратегии наблюдения осуществляют после выявления больного субъекта.
58. Система по п. 57, в которой обновленная стратегия наблюдения включает проведение одного или более тестирований членов семьи заболевшего субъекта, учеников учебного заведения заболевшего субъекта, и сотрудников места работы заболевшего субъекта.
59. Система по п. 57, в которой обновленная стратегия наблюдения включает одно или более действий из: введение карантина, проведение профилактики заболевания или госпитализация.
60. Система по п. 1, в которой компонент компьютерного моделирования включает графический интерфейс для вывода на экран результатов моделирования для пользователя.
61. Система по п. 1, в которой компонент компьютерного моделирования включает систему нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений.
62. Система по п. 1, в которой модель данных включает множество параметров.
63. Система по п. 62, в которой компонент компьютерного моделирования включает самообучающуюся машину, которая осуществляет обновление множества параметров, когда обновлены статические данные и/или динамические данные.
64. Система по п. 1, в которой модель данных включает множество характеристик.
65. Система по п. 64, в которой множество характеристик включает одно или более из: восприимчивые лица; выявленные на ранней стадии лица; выявленные на поздней стадии лица; инфицированные на ранней стадии лица; инфицированные на поздней стадии лица; выздоровевшие лица; лица, умершие вследствие инфекции и/или связанных с ней осложнений; асимптоматические лица; лица, которым назначено терапевтическое лечение; лица, которым назначено терапевтическое лечение и которые находятся на карантине; лица, которым назначено профилактическое лечение; вакцинированные лица; лица, защищенные от заболевания путем вакцинации; инфицированные на ранней стадии и госпитализированные лица; инфицированные на поздней стадии и госпитализированные лица; восприимчивые лица, находящиеся на домашнем карантине; лица, выявленные на ранней стадии и находящиеся на домашнем карантине; лица, выявленные на поздней стадии и находящиеся на домашнем карантине; инфицированные на ранней стадии и находящиеся на домашнем карантине лица; инфицированные на поздней стадии и находящиеся на домашнем карантине лица; асимптоматические лица, находящиеся на домашнем карантине; лица, восприимчивые к заболеванию, находящиеся на карантине, действующем в окрестном районе; лица, выявленные на ранней стадии и находящиеся на карантине, действующем в окрестном районе; лица, выявленные на поздней стадии и находящиеся на карантине, действующем в окрестном районе; инфицированные на ранней стадии и находящиеся на карантине, действующем в окрестном районе, лица; инфицированные на поздней стадии и находящиеся на карантине, действующем в окрестном районе, лица; асимптоматические лица, находящиеся на карантине, действующем в окрестном районе; количество доступных доз терапевтических агентов; количество доступных противовирусных агентов и/или антибиотиков для целевого населения; лица, находящиеся на домашнем карантине, которые были вакцинированы; лица, находящиеся на домашнем карантине, которые защищены благодаря вакцинации; лица, находящиеся на домашнем карантине и выздоровевшие; восприимчивые лица, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; лица, выявленные на ранней стадии и выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; лица, выявленные на поздней стадии и выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; асимптоматические лица, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; инфицированные на ранней стадии лица, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; инфицированные на поздней стадии лица, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; лица, получившие профилактическое лечение и выделенные для применения политики уменьшения заболевания к исполнению; вакцинированные лица, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; лица, защищенные благодаря вакцинации, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; выздоровевшие лица, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; восприимчивые лица, выделенные для применения политики уменьшения последствий заболевания к исполнению; лица, выявленные на ранней стадии, выделенные для проведения терапевтического лечения; лица, выявленные на поздней стадии, выделенные для проведения терапевтического лечения; асимптоматические лица, выделенные для проведения терапевтического лечения; инфицированные на ранней стадии лица, выделенные для проведения терапевтического лечения; инфицированные на поздней стадии лица, выделенные для проведения терапевтического лечения; восприимчивые лица, выделенные для проведения наблюдения; выявленные на ранней стадии лица, выделенные для проведения наблюдения; лица, выявленные на поздней стадии, выделенные для проведения наблюдения; асимптоматические лица, выделенные для проведения наблюдения; инфицированные на ранней стадии лица, выделенные для проведения наблюдения; инфицированные на поздней стадии лица, выделенные для проведения наблюдения; лица, прошедшие профилактику, выделенные для проведения наблюдения; вакцинированные лица, выделенные для проведения наблюдения; лица, защищенные от заболевания, выделенные для проведения наблюдения; восприимчивые лица в ближайшем окружении, выделенные для осуществления политики уменьшения заболеваемости; выявленные на ранней стадии лица, находящиеся на карантине в ближайшем окружении, выделенные для осуществления политики уменьшения заболеваемости; выявленные на поздней стадии лица, находящиеся на карантине в ближайшем окружении, выделенные для осуществления политики уменьшения заболеваемости; асимптоматические лица в ближайшем окружении, находящиеся на карантине, выделенные для осуществления политики уменьшения заболеваемости; инфицированные на ранней стадии лица в ближайшем окружении, находящиеся на карантине, выделенные для осуществления политики уменьшения заболеваемости; инфицированные на поздней стадии лица в ближайшем окружении, находящиеся на карантине, выделенные для осуществления политики уменьшения заболеваемости; лица, подвергшиеся профилактическому лечению в ближайшем окружении, находящиеся на карантине, выделенные для осуществления политики уменьшения заболеваемости; кумулятивное количество введенных терапевтических доз; кумулятивное количество введенных противовирусных агентов и/или антибиотиков; кумулятивное количество асимптоматических лиц, находящихся на домашнем карантине; кумулятивное количество симптоматических лиц, находящихся на домашнем карантине; кумулятивное количество всех инфицированных лиц; кумулятивное количество инфицированных лиц, не находящихся на карантине; кумулятивное количество инфицированных лиц, в отношении которых были предприняты некоторые действия; кумулятивное количество госпитализированных пациентов и кумулятивное количество смертных случаев.
66. Система контроля над распространением гриппа среди населения, содержащая:
множество устройств для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом, расположенных в различных местоположениях, каждое из которых содержит устройство передачи жидкости и программируемый процессор;
внешнее устройство, выполненное с возможностью обмена данными с упомянутым множеством устройств для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами;
компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к гриппу и/или к населению;
компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении;
компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и в компоненте динамической базы данных, таким образом моделируя частоту возникновения вспышек гриппа среди населения;
причем внешнее устройство выполнено с возможностью обеспечения инструкциями упомянутого программируемого процессора для выполнения изменения протокола проведения анализа на основе результатов моделирования компонентом компьютерного моделирования, без необходимости обеспечения новыми устройствами для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами в различных местоположениях; и
при этом упомянутые инструкции содержат инструкции для устройства для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами для передачи пробы физиологических жидкостей в отдельную ячейку для анализа.
67. Система контроля над распространением вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) среди населения, содержащая:
множество устройств для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом, расположенных в различных местоположениях, каждое из которых содержит устройство передачи жидкости и программируемый процессор;
внешнее устройство, выполненное с возможностью обмена данными с упомянутым множеством устройств для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами;
компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к инфекции ВИЧ и/или к населению;
компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении;
компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и в компоненте динамической базы данных, таким образом моделируя частоту возникновения инфекции ВИЧ среди населения;
причем внешнее устройство выполнено с возможностью обеспечения инструкциями упомянутого программируемого процессора для выполнения изменения протокола проведения анализа на основе результатов моделирования компонентом компьютерного моделирования, без необходимости обеспечения новыми устройствами для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами в различных местоположениях; и
при этом упомянутые инструкции содержат инструкции для устройства для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами для передачи пробы физиологических жидкостей в отдельную ячейку для анализа.
68. Система контроля над распространением гепатита среди населения, содержащая:
множество устройств для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом, расположенных в различных местоположениях, каждое из которых содержит устройство передачи жидкости и программируемый процессор;
внешнее устройство, выполненное с возможностью обмена данными с упомянутым множеством устройств для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами;
компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к гепатиту и/или к населению;
компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении;
компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и в компоненте динамической базы данных, таким образом моделируя частоту возникновения вспышек гепатита среди населения;
причем внешнее устройство выполнено с возможностью обеспечения инструкциями упомянутого программируемого процессора для выполнения изменения протокола проведения анализа на основе результатов моделирования компонентом компьютерного моделирования, без необходимости обеспечения новыми устройствами для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами в различных местоположениях; и
при этом упомянутые инструкции содержат инструкции для устройства для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами для передачи пробы физиологических жидкостей в отдельную ячейку для анализа.
69. Система контроля над распространением диабета среди населения, содержащая:
множество устройств для проведения анализа в месте наблюдения за пациентом, расположенных в различных местоположениях, каждое из которых содержит устройство передачи жидкости и программируемый процессор;
внешнее устройство, выполненное с возможностью обмена данными с упомянутым множеством устройств для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами;
компонент статической базы данных, содержащий статические данные, относящиеся к диабету и/или к населению;
компонент динамической базы данных, содержащий динамические данные о населении;
компонент компьютерного моделирования, выполненный с возможностью моделирования данных в компоненте статической базы данных и в компоненте динамической базы данных, таким образом моделируя частоту возникновения заболевания диабетом среди населения;
причем внешнее устройство выполнено с возможностью обеспечения инструкциями упомянутого программируемого процессора для выполнения изменения протокола проведения анализа на основе результатов моделирования компонентом компьютерного моделирования, без необходимости обеспечения новыми устройствами для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами в различных местоположениях; и
при этом упомянутые инструкции содержат инструкции для устройства для проведения анализа в местах наблюдения за пациентами для передачи пробы физиологических жидкостей в отдельную ячейку для анализа.
| US 2006036619 A1, 16.02.2006 | |||
| US 2006218010 A1, 28.09.2006 | |||
| WO 2007139895 A2, 06.12.2007 | |||
| US 2007179349 A1, 02.08.2007 | |||
| US 2004030672 A1, 12.02.2004 | |||
| US 6108635 A, 22.08.2000 | |||
| Предохранительное приспособление впереди вагона | 1927 |
|
SU8979A1 |
