Mikrovzorkování krve spojené s plně automatizovaným zpracováním vzorku a analýzou pomocí kapilární elektroforézy jako nový analytický nástroj pro osobní zdravotní diagnostiku

Bc. Ondrej Moravčík

Master's thesis

Patient-centric blood microsampling with a fully automated processing and analysis by capillary electrophoresis as a novel analytical tool for personalized healthcare monitoring

Abstract:

Research in the field of bioanalytical chemistry is focused on the development of personalized healthcare, which allows independent patient-centric collection of biological samples with their subsequent simple at-home analysis, or standard transport to a specialized clinical laboratory for a more advanced analysis. A suitable biological material for this kind of sampling is capillary blood collected in the form of dry blood spots, which is most similar to the clinically accepted and used venous blood. However, on the contrary to venous blood, the collection of dry blood spots is simple and requires no expertise and qualified personnel, dried blood spots are considered non-biohazardous after drying and they can be easily mailed to the clinical laboratory. Nevertheless, current methods for the analysis of dry blood spots often require manual sample pretreatment or, after (semi)automatic pretreatment, very sensitive detection systems, which make these methods complicated and expensive. This master thesis presents a new and a simple concept for a fully automated analysis of dry blood spots using capillary electrophoresis. This concept involves both the pretreatment of dry blood spots and the subsequent direct analysis of the resulting eluate using a single commercial capillary electrophoresis instrument. The developed concept is demonstrated by two new analytical methods for the determination of clinically relevant analytes: uric acid and a group of non-steroidal anti-inflammatory drugs (ibuprofen, naproxen, ketoprofen and diclofenac). The results show that the developed methods are simple, accurate, linear, fully automatic and have excellent repeatability and sufficient sample throughput. These methods are also sensitive enough to deter-mine clinically relevant concentrations of target analytes in capillary blood, which makes them highly attractive for clinical laboratories.

Abstract:

Výzkum v oblasti bioanalytické chemie se zaměřuje na rozvoj osobní zdravotní diagnostiky, která umožňuje odběry biologických vzorků samotným pacientem a jejich následné vyhodnocení doma, či jejich zaslání poštou na důkladnější analýzu do specializované klinické laboratoře. Vhodným biologických vzorkem pro takovéto odběry může být kapilární krev v podobě suchých krevních skvrn, která má nejblíže ke standardně používané nitrožilní krvi. Na rozdíl od nitrožilní krve jsou však odběry suchých krevních skvrn jednoduché, nevyžadují odborné znalosti či praxi a po uschnutí nejsou suché krevní skvrny považovány za biologicky nebezpečný materiál a mohou být snadno přepraveny do klinické laboratoře. V současné době ale metody na analýzu suchých krevních skvrn často vyžadují manuální přípravu nebo jsou po (polo)automatizované přípravě vyžadovány vysoce citlivé detekční systémy, které činí tyto metody komplikované a drahé. V této diplomové práci je představený nový a jednoduchý koncept pro plně automatizované analýzy suchých krevních skvrn pomocí kapilární elektroforézy. Tento koncept umožňuje jak plně autonomní přípravu suchých krevních skvrn, tak i následnou přímou analýzu vzniklých eluátů pomocí jediného komerčního přístroje pro kapilární elektroforézu. Vyvinutý koncept byl demonstrován na dvou nových analytických metodách pro stanovení klinicky relevantních analytů: kyseliny močové a skupiny nesteroidních antiflogistických léčiv (ibuprofenu, naproxenu, ketoprofenu a diklofenaku). Z výsledků vyplývá, že vyvinuté metody jsou jednoduché, přesné, lineární, plně automatické a mají výbornou opakovatelnost a vysokou kapacitu. Jsou také dostatečně citlivé pro stanovení klinicky relevantních koncentrací cílových analytů v kapilární krvi a mohou tedy být velice atraktivní pro klinické laboratoře.

Keywords

suchá krevní skvrna, kapilární elektroforéza, kyselina močová, nesteroidní antiflogistická léčiva, automatizace, bioanalytika, osobní diagnostika dry blood spot, capillary electrophoresis, uric acid, nonsteroidal anti-inflammatory drugs, automation, bioanalytics, personal diagnostics

Language used: Slovak

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 5. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 21. 6. 2022
• Supervisor: RNDr. Pavel Kubáň, DSc.
• Reader: prof. RNDr. Ing. Petr Tůma, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Bioanalytical Laboratory Diagnostics in Medicine - Bioanalytic / Bioanalytical Laboratory Diagnostics in Medicine - Bioanalyst