Планшетные анализаторы для российских регионов

УДК 616-7

О. И. Буренёва, Л. М. Муравник, И. Н. Сафьянников

Планшетные анализаторы для российских регионов

Ключевые слова: лабораторная диагностика, иммуноферментный анализ, планшетный анализатор, иммуноскрининг. Keywords: laboratory diagnostics, enzyme immunoassay, microplate analyzer, immunoscreening.

Статья посвящена техническому обеспечению массового внедрения метода гетерогенного иммуноферментного анализа (ИФА) в практику малых и средних медицинских лабораторий. Дается краткая характеристика ситуации на отечественном рынке планшетных анализаторов. Предлагается план поэтапного оснащения периферийных регионов техничесими средствами для ИФА, соответствующими российским реалиям. Статья представляет интерес как для разработчиков планшетных анализаторов, так и для спецалистов в области лабораторной диагностики.

Иммуноферментный анализ (ИФА) широко известен как информативный метод массовой оценки состояния здоровья населения и состояния окружающей среды. К настоящему времени создано уже более 2000 методик ИФА, предназначенных для количественного определения вирусов, бактерий, антител, гормонов и т. д. [1].

Метод развивается очень быстро, и так же быстро расширяется область его возможного применения, а главное, именно этим методом пользуется мировая медицина для анализа особо опасных заболеваний: СПИДа, гепатита, гриппа, наркомании и т. д. Объем биомедицинской информации о состоянии населения и окружающей среды, получаемый методом ИФА, растет. От одиночных специфических исследований в медицине и биологии переходят к описаниям больших групп и регионов, мониторингу, анализу влияния природных, техногенных и социальных факторов и применению результатов для профилактики, диагностики и лечения людей и животных. При этом не просто формируется сумма данных, а проявляется сверхсуммарный эффект взаимосвязанных сведений, выраженных количественно в виде диагностически значимых показателей.

Такой подход, связанный с накоплением имму-нометрических данных и применением к ним методов статистического анализа, дает весьма информативные результаты для медицины и биологии. Данные могут быть использованы в очень многих

научных и практических направлениях: медицине, сельском хозяйстве, охране окружающей среды и т. д.

Ясно, что реализация возможностей ИФА неосуществима без оборудования, адекватного тест-системам и условиям применения.

На рынке средств технического оснащения ИФА в настоящее время наиболее активно развивается сегмент, связанный с использованием метода гетерогенного ИФА. Это обусловлено ростом числа коммерческих тест-систем, ориентированных на использование метода в различных областях научной и практической медицины, а также медицинской промышленности. Более того, метод гетерогенного ИФА все шире используется лабораториями, относящимися к сельскому хозяйству, пищевой промышленности, сфере охраны окружающей среды.

Технические средства обеспечения ИФА на планшетах развиваются по двум основным направлениям, ориентированным на различные контин-генты покупателей:

• полностью автоматизированные дорогие системы (автоанализаторы) с высокой производительностью, рассчитанные на крупные лаборатории, выполняющие более 1000 анализов в день;

• приборы, автоматизирующие отдельные стадии технологического цикла ИФА и предназначенные для лабораторий с меньшей загрузкой.

В экономически развитых странах с небольшой территорией и высокой плотностью населения преобладают крупные лаборатории, оснащенные производительными автоанализаторами.

В России же, напротив, большинство иммунологических лабораторий медучреждений составляют малые (до 100 анализов в день) и средние (100—1000 анализов в день) лаборатории, распределенные на большой территории страны. Крупных лабораторий в России и странах бывшего СССР сравнительно немного, поэтому на рынке России и стран ЕАЭС востребованы главным образом приборы, автоматизирующие отдельные стадии ИФА, а для автоанализаторов соответствующий сегмент рынка относительно невелик.

Центральное место в составе приборной базы для ИФА [2] занимает фотометрический анализатор

(ридер) для считывания и обработки первичной измерительной информации с биопроб, размещенных в лунках планшета. Он выполняет количественную оценку компонентов биопроб по светопоглощению измерением оптической плотности пробы при вертикальном ходе луча в лунке планшета. Наличие такого анализатора обязательно для каждой иммунологической лаборатории.

В силу специфического сочетания обширной территории и недостаточного финансирования в России и странах ЕАЭС сформировался большой потенциальный спрос именно на планшетные им-муноферментные фотометрические анализаторы в объеме, соответствующем количеству малых и средних лабораторий. Их общее число только для медицины по разным данным находится в пределах 20 000...30 000. Это малые и средние иммунологические лаборатории больниц и клиник, станций переливания крови, центров профилактики и борьбы со СПИДом, научно-исследовательских институтов медико-биологического профиля, лабораторий, специализирующихся на проведении проверки вакцин, санитарно-эпидемиологических центров, воинских частей соответствующего профиля и подразделений МЧС. Список дополняют лаборатории организаций, занимающихся охраной окружающей среды, а также лаборатории предприятий биомедицинской и микробиологической промышленности.

Общее количество планшетных анализаторов, необходимое для России и стран ЕАЭС, существенно превышает количество лабораторий. Это связано с рекомендацией иметь отдельный анализатор для особо опасных инфекций, а также с необходимостью резервирования для бесперебойной работы лаборатории.

Действительно, ликвидация отказов аппаратуры в период ее эксплуатации для большинства лабораторий не может выполняться так быстро, как это требуется, чтобы не нарушить непрерывный рабочий график выполнения анализов. Инженерные службы в лабораториях, как правило, отсутствуют, а существующие службы не в состоянии обеспечить необходимое техническое сопровождение такой сложной аппаратуры. При этом транспортные расходы сервисной службы в российских условиях из-за большой территории очень велики и для периферийных пользователей зачастую превышают стоимость собственно работы.

Кроме того, по действующим в России и странах бывшего СССР нормам, все измерительные средства подлежат государственной метрологической поверке. Планшетные анализаторы отнесены к средствам измерения медицинского назначения и в этом качестве должны представляться на поверку ежегодно, а также при вводе в эксплуатацию после ремонта. Для бесперебойной деятельности лаборатории при выполнении регламентных и ремонтных работ нужны резервные приборы, независимо от того, кому

они принадлежат — пользователям или сервисной организации.

Однако в России и странах ЕАЭС реальный парк таких анализаторов значительно меньше необходимого. Множество (не менее 20 000) малых и средних иммунологических лабораторий России пока не обеспечено оборудованием до необходимого уровня. Наиболее многочисленными до недавнего времени были иммуноферментные анализаторы Multiskan (Labsystems Oy, Thermo Labsystems, Финляндия, США), а также АИФ-Ц-01С и АИФ-М-340/620-01 — первые отечественные анализаторы [3], созданные при участии наших сотрудников в структуре Технопарка СПбГЭТУ «ЛЭТИ» совместно с ООО «Системы анализа». В дальнейшем на рынке появился и стал популярным АИФ-Р-01 (ЗАО «Пикон», Россия). Широко используются анализаторы Statfax (Awareness Technology, США), однако резкое снижение курса рубля сделало этот прибор малодоступным.

В функциональном плане перечисленные технические средства — как отечественные, так и зарубежные — имеют идентичные возможности. На российском рынке представлено около полутора десятков моделей анализаторов в ценовом диапазоне от 180 000 до 310 000 рублей.

Важно отметить, что с учетом сходства основных параметров предлагаемой рынком аппаратуры (при всем видимом разнообразии моделей) главным критерием выбора для потенциальных покупателей является стоимость покупки и эксплуатации. Сегодня для большинства отечественных медицинских учреждений уровень цен слишком высок. Стоимость любых моделей анализаторов превышает покупательную способность большинства периферийных пользователей. Анализ эксплуатационных параметров анализаторов, представленных на внутреннем и внешнем рынках, показал, что существующие автоматизированные средства иммунометрии для рассматриваемых малых и средних лабораторий имеют ряд необязательных параметров (например, большой цветной дисплей).

Сказанное приводит к заключению, что существующие модели не оптимальны для России. Необходимая задача — считывание и обработка первичной иммунометрической информации — не решается имеющимся приборным базисом массово и c должным качеством в большинстве медицинских учреждений. Имеет место противоречие между назначением и потенциальными возможностями ИФА как массового экспресс-метода и его «камерной» технической реализацией. В связи с этим ключевое требование к техническим характеристикам клинико-диагностических систем для ИФА формулируется следующим образом: «Устранить указанное противоречие путем внедрения более доступных средств измерения за счет выполнения их адекватными существующим рыночным, экономическим, техническим и социальным российским реалиям».

биотехносфера

| № 5(41)/2015

Наши сотрудники имеют опыт разработки и внедрения анализаторов семейства АИФ. Постановка перечисленных выше проблем, как и предлагаемые решения, опирается на многолетнюю практику технического и методического сопровождения собственных изделий в различных регионах России и странах бывшего СССР. Мы видим возможность улучшения ситуации, если примем новую стратегию оснащения иммунологических лабораторий малой и средней мощности. Развитие технических средств ИФА, направленное на формирование системы общедоступной профилактики и лечения заболеваний, представляется весьма привлекательным в связи с наличием потенциального массового спроса и соответствующей финансовой перспективы. Очень важна и гуманность этой миссии.

Наша организация уже в течение ряда лет инвестирует собственные средства в разработку системной идеологии, методического, метрологического и программного обеспечения стратегически перспективных для России технических средств ИФА. Говоря о собственных средствах, мы имеем в виду главным образом интеллектуальные ресурсы, а также некоторые технические решения, сформированные в рамках основных работ, но имеющие более широкое применение. Подобным образом вкладывает собственные ресурсы и наш соисполнитель — Брянский электромеханический завод, обеспечивающий конструкторско-технологическую подготовку производства. Совместное инвестирование собственных средств позволило сформировать базовые технические решения по разрабатываемым направлениям и доказать работоспособность идеи.

Мы осознаем масштабность предлагаемых технологий (с учетом географических и экономических особенностей регионов и страны в целом), наличие множества мелких пользователей, рассеянных по этой огромной территории и испытывающих хроническое недофинансирование и относительную ограниченность возможных инвестиций. Однако ясно и то, что даже на первом этапе инвестиции должны привести к ощутимому положительному результату. Указанное противоречие можно разрешить в рамках предлагаемой стратегии поэтапного ускоренного оснащения российских регионов средствами технического обеспечения ИФА.

Процесс оснащения состоит из шести этапов:

• разработка и внедрение базовых измерительных аппаратно-программных модулей;

• разработка и внедрение функционально полных комплексов на основе базовых измерительных модулей;

• разработка и внедрение средств метрологической поверки и текущего контроля работоспособности измерительных модулей;

• формирование системы оперативного технического сервиса для периферийных пользователей;

• разработка и внедрение измерительных ПК-терминалов;

• разработка и внедрение средств автоматизированного непрерывного сетевого технического сопровождения.

На первом этапе, когда технических средств еще мало, чтобы обеспечить множество потенциальных пользователей, рассеянных по регионам России, значительная часть выпускаемых приборов должна использоваться поочередно (в режиме распределенного ресурса) выездными бригадами при регулярном мониторинге, а в чрезвычайных ситуациях — с развертыванием на базе местных лечебных учреждений. Для этого базовые технические средства должны иметь универсальные функциональные возможности и предельно высокие метрологические характеристики, а также легко транспортироваться.

В связи с этим при разработке базовых измерительных модулей особое внимание следует обратить на точность, помехоустойчивость, полноту диапазона измерения, автономность, массогабаритные показатели, устойчивость к механическим воздействиям при эксплуатационном транспортировании. Все эти характеристики очень важны для реализации идеи оперативной переброски аппаратуры на новые места эксплуатации в рамках регулярного мониторинга, а также для применения в очагах эпидемий, при ликвидации последствий стихийных бедствий либо техногенных катастроф и в прочих непредвиденных обстоятельствах, требующих срочной передислокации и (или) переориентации оборудования.

Базовый измерительный модуль технологии иммунного мониторинга получил название «портативный переносной иммуноферментный анализатор АИФ-П» (рис. 1).

Благодаря метрологическим характеристикам анализатора, выполненного в виде компактного легкого моноблока, возможно его применение для любых известных тест-систем гетерогенного ИФА. Анализатор обеспечивает измерение оптической плотности биопроб в специальном планшете для ИФА от 0 до 3 Б в спектральном диапазоне 405— 750 нм с систематической погрешностью не хуже 5 % и со случайной погрешностью не хуже 1 %. Он затрачивает на измерение 96 проб не более 30 с и имеет развитую диалоговую систему общения с оператором — сопровождает все его действия соответствующими подсказками и информационными сообщениями. Адаптация анализатора к вновь появляющимся методикам определения заболеваний исключительно проста благодаря наличию режима настройки на работу с новой методикой, в котором предусмотрен широкий спектр возможностей, задаваемых оператором по появляющимся на ЖК-дисплее запросам. Во внутренней энергонезависимой памяти анализатора может храниться одновременно до 40 таких вновь созданных методик, что особенно ценно при применении его в лабораториях, выполняющих небольшое количество

Рис. 1 \ Опытные образцы АИФ-П

анализов, но по широкому спектру заболеваний или биохимических параметров. Исключительная достоверность результатов измерения определяется не только схемотехническими, алгоритмическими и конструкторскими решениями, обеспечивающими надежность и стабильность работы прибора, но и интеграцией в анализатор разветвленной системы самоконтроля и самодиагностики, отслеживающей в режиме реального времени все физические процессы и процедуры, выполняемые прибором в процессе измерения, с фиксацией сбоев и блокировкой выдачи недостоверных результатов. Существенной характеристикой анализатора является возможность его использования в комплексе с персональным компьютером, под управлением которого могут выполняться не только обычные измерения, но и специальные режимы тестирования анализатора и проверки его метрологических характеристик.

В настоящее время опытные образцы анализатора АИФ-П подготовлены к проведению испытаний для целей утверждения типа средства измерения.

Второй этап оснащения включает разработку и внедрение функционально полных комплексов на основе базовых измерительных модулей.

Базовые модули являются только первым, хотя и главным звеном в цепочке технических средств, обеспечивающих массовое внедрение ИФА. На втором этапе развития базовое звено должно быть дополнено сопрягаемыми адекватными техническими средствами, обеспечивающими функциональную полноту решения задачи.

Наиболее очевидна эта необходимость для скри-нинговых технологий иммунного мониторинга. Для исследований методом ИФА, при котором измерению предшествует подготовка объекта, весьма желательно начать переход к оснащению лабораторий специализированными средствами пробоподго-товки. Эти устройства той или иной конструкции, выпускаемые в основном зарубежными фирмами, всегда дороги, но не всегда метрологически совместимы с измерительными приборами: погрешность

пробоподготовки подчас значительно выше погрешности фотометрического считывания. Немаловажно и то, что отдельные, разработанные без привязки к измерительным приборам, средства пробопод-готовки не обеспечивают должного управления и контроля параметров процесса подготовки исследуемых проб к фотометрическому считыванию, что снижает достоверность результатов.

Процесс разработки и внедрения функционально полного комплекта средств пробоподготовки сложен и трудоемок, и целесообразно начинать его с наиболее простых устройств. При небольшом парке измерительных средств пробоподготовка будет обеспечена существующими устройствами (в том числе и неспецифическими, применяемыми в других биохимических исследованиях).

Функционально полные комплексы в режиме распределенного ресурса будут наиболее эффективны при выполнении в виде передвижной лаборатории в автомобильном или авиаварианте. Эти средства осуществляют центрифугирование, дозирование, перемешивание, инкубацию планшетов для ИФА или для других носителей реакционной смеси в течение заданного времени при заданной температуре, промывку планшетов, а также диспетчиро-вание процессов. Такие передвижные лаборатории, сопровождаемые бригадами врачей-лаборантов, могут использоваться не только в чрезвычайных ситуациях, но и для регулярного обслуживания малооснащенных регионов (в особенности труднодоступных поселений, например в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера) и профилактических обследований непосредственно на местах. Качественные показатели таких комплексов будут расти по мере создания новых изделий, объединенных общей системной идеологией проектирования адаптивных средств пробоподготовки, а именно: системного шейкера, системного термостата, системного вибротермостата, системного промывате-ля планшетов и системной микроцентрифуги. Эти модули в качестве интеллектуального ядра будут

биотехносфера

| № 5(41)72015

использовать компьютер, вместе с фотометром они будут образовывать функционально полную имму-ноферментную лабораторию. Именно адаптивность предложенных периферийных средств пробопод-готовки в сочетании с возможностями компьютера позволит обеспечить высокую диагностическую достоверность результатов, свойственную громоздким и дорогим автоанализаторам при сохранении дешевизны, компактности и наращиваемости традиционных блочно-модульных линеек.

Третьим этапом является разработка и внедрение средств текущего контроля работоспособности и метрологической поверки измерительных модулей. Внедрение таких средств непосредственно на местах эксплуатации контролируемых приборов становится крайне необходимым при наращивании объемов выпуска измерительных модулей и насыщении ими регионов.

На первых двух этапах ввиду сравнительно небольшого распространения базовых измерительных модулей нагрузка на региональные центры стандартизации и метрологии, осуществляющие их поверку, была не так велика. Однако по мере роста количества обсуждаемых средств измерения, одновременно находящихся в эксплуатации, эта нагрузка начнет быстро увеличиваться, и во избежание простоев оборудования «ситуацию надо готовить».

Для фотометров (анализаторов) ИФА, являющихся средствами измерения медицинского назначения, ежегодная госповерка не снимает проблемы текущего контроля качества, так как всевозможные отклонения параметров и характеристик приборов могут возникать в периоды между поверками и регламентными работами. В то же время важность такого контроля трудно переоценить в связи с серьезными медицинскими и социальными последствиями возможного снижения точности и достоверности показаний приборов (не говоря уже об их отказах). Необходимо создавать универсальные аппаратные средства, позволяющие обнаруживать отклонения в работе анализаторов на ранней стадии их появления, до возникновения отказов. Средства текущего контроля работоспособности анализаторов должны разрабатываться с ориентацией на конечного пользователя, т. е. должны быть просты в обслуживании и не требовать привлечения специализированных метрологических служб для их эксплуатации. Немаловажным параметром разрабатываемых средств должна быть их невысокая стоимость.

Еще одним важным направлением разработки системы контроля является создание программного обеспечения, позволяющего автоматизировать контроль и оценку измерительных средств на рабочих местах и выполнять как текущую количественную оценку каждого результата, так и статистическую обработку всего массива измерительной информации с последующей оценкой работоспособности анализатора.

На четвертом этапе, по мере наращивания объемов выпуска и насыщения регионов разрабатываемой аппаратурой, возникает необходимость регулярной сервисной поддержки. Предполагается создание региональных сервисных центров и организация в них складов приборов «горячего резерва».

Создание и оснащение мобильных сервисных групп, осуществляющих техническую диагностику, ремонт и при необходимости замену отказавших узлов, блоков либо всего неисправного устройства в течение кратчайших сроков на месте эксплуатации, позволят добиться повсеместной бесперебойной работы средств ИФА. Естественно, службы технического сервиса необходимо оснащать портативными диагностическими стендами на основе ноутбуков, ремонтной документацией, компьютерными программами тестирования и технологического прогона обслуживаемых измерительных и прочих приборов, а также обеспечивать резервными приборами для срочной замены отказавших на месте эксплуатации. Организация мобильных сервисных центров подразумевает не только хорошее техническое оснащение, но и тщательную проработку стратегии взаимодействия с периферийными пользователями, выстраивание общедоступной и прозрачной системы технологических и информационных связей, а также сбор и систематизацию информации о работе оборудования на местах.

На пятом этапе планируются разработка и внедрение измерительных терминалов персонального компьютера (ПК-терминалов). К реализации этой идеи объективно подталкивают возросший уровень готовности неспецифических средств обработки информации, а именно — доступность персональных компьютеров и их наличие даже в малых учреждениях Минздрава, а также высокая стоимость и невысокая надежность нестандартных средств пульта оператора и дороговизна нестандартных приборных корпусов.

Работа в этом направлении уже начата. Исключение из состава прибора элементов управления, индикации и регистрации результатов с возложением соответствующих функций на персональный компьютер (стационарный или переносной) позволяет значительно упростить конструкцию, уменьшить габаритные размеры и массу прибора, особенно при использовании технологий проектирования систем-на-кристалле. Прогнозируемая низкая цена такого ПК-терминала в сочетании с возможностью передачи диагностических файлов через компьютер к сервисной организации приведут к качественно иной логике аппаратного обеспечения лабораторий, при которой пользователь работает с оперативно тестируемыми и резервируемыми модулями. В результате выпуска иммуноферментных анализаторов в формате ПК-терминалов станет возможным оснащение медицинских лабораторий малой и средней мощности современными аппаратными

Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы

средствами в достаточном объеме и будет обеспечена их бесперебойная работа за счет резервирования и оперативной замены ремонтируемых приборов.

Шестой этап предлагаемых мер — разработка и внедрение средств автоматизированного непрерывного сетевого технического сопровождения. Идея такого сопровождения состоит в обеспечении всех измерительных и других контрольных и управляющих приборов непосредственными средствами выхода в интернет и непрерывной передачей на специальный сайт сервисного центра информации о прохождении измерений и работе всех узлов и блоков аппаратуры при выполнении ее обычных функций. Предполагается и создание соответствующего программного обеспечения, которое позволило бы в автоматическом режиме оценивать характеристики каждого прибора и при необходимости либо выдавать на прибор корректирующие воздействия, либо информировать оператора о возможных сбоях и надобности регламентных работ, ремонта или замены прибора. Естественно, данный элемент развития технологий непрерывного контроля в первую очередь предполагается реализовать для приборов, выполненных как ПК-терминалы.

Необходимо уточнить, что перечисленные этапы не представляют собой последовательную цепь. Ско-

рее это последовательно открываемые направления. Результаты внедрения каждого очередного из перечисленных направлений не конкурируют с результатами внедрения предыдущего, но дополняют их, интегрируя технические и программные средства, разработанные на каждом из этапов, в общую систему обеспечения технологии ИФА, позволяя каждому пользователю выбирать наиболее приемлемый вариант по соотношению «цена/качество».

Литература

1. Медицинские лабораторные фотометрические приборы и комплексы / А. Н. Алипов, Л. М. Муравник, Н. Л. Рон-жина, Н. М. Сафьянников; под ред. Н. М. Сафьянникова. СПб.: Реноме, 2010. 504 с.

2. Техническое оснащение лабораторных исследований / А. Н. Алипов, А. Г. Бойцов, Л. М. Муравник, Н. М. Сафьянников [и др.] // Медицинские лабораторные технологии: руководство по клинической лабораторной диагностике: в 2 т. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. Т. 1, гл. 3. С. 39-133.

3. Лабораторная диагностика методом иммуноферментного анализа с помощью экономичного комплекта технических средств / Н. М. Сафьянников, С. Б. Лебедева, Л. М. Мурав-ник // Мед. техника и химические реактивы: инф. бюл. 1996. № 3, 29 окт. С. 7-10.

/Г

ГИПЕРТРОФИЯ

СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ ЧЕЛОВЕКА

АО «Издательство "Политехника"» предлагает:

Самсонова А. В. Гипертрофия скелетных мышц человека. Учеб. пособие. 3-е изд. СПб.: Политехника, 2015. 159 с.: ил. (Серия «Силовая тренировка).

ISBN 978-5-7325-1063-8 Цена: 400 руб.

Учебное пособие с грифом УМО вузов РФ предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению 49.04.01 «Физическая культура». В учебном пособии представлены современные фактические данные о теории и практике увеличения массы скелетных мышц под воздействием тренировки силовой направленности. Рассмотрены: состав, структура и функции скелетных мышц на различных уровнях их организации. Проблема гипертрофии скелетных мышц рассмотрена с позиций ряда медико-биологических дисциплин: анатомии, биомеханики, биохимии, гистологии, спортивной медицины, цитологии, физиологии, а также теории и методики физической культуры и атлетизма. К каждой главе приведены контрольные вопросы.

Это учебное пособие о теории и методике увеличения объема мышц — первое в серии книг «Силовая тренировка», намеченных автором к дальнейшему выпуску в издательстве «Политехника».

Для приобретения книги по издательской цене обращайтесь в отдел реализации:

тел.: (812) 312-44-95, 710-62-73; тел./факс: (812) 312-57-68; e-mail: sales@polytechnics.ru, gfm@polytechnics.spb.ru, через сайт: www.polytechnics.ru

Возможна отправка книг «Книга — почтой». Книги рассылаются покупателям в России наложенным платежом (без задатка). Почтовые расходы составляют 40 % и выше от стоимости заказанных Вами книг.

J

биотехносфера

| № 5(413/2015