Young Ukrainian scientist invents a cheaper vitamin D test

Anna Mazanova of the Palladin Institute of Biochemistry of the National Academy of Sciences (NAS) of Ukraine has created a test to measure vitamin D levels in animals and humans. It’s comparable in quality to foreign tests but much cheaper. Today it’s being used for research on animals, but the inventors and their partners are aiming to start serial production of similar test systems and make them more accessible for patients.

Ask the average Ukrainian what they know about vitamin D and they’ll tell you the body produces it from exposure to sunlight. That’s true. Many have also heard that vitamin D deficiency can cause rickets in children. Older people (mostly women) with osteoporosis, a disease where the bones become fragile, take vitamin D supplements in combination with other medications.

“But many people don’t know that vitamin D is closely related to many other processes in our body,” says Anna Mazanova, a scientist at the Palladin Institute of Biochemistry of the NAS of Ukraine in Kyiv. “It affects immune processes that are important in the treatment of certain cancers and both types of diabetes.” In addition, vitamin D is especially important during pregnancy.

Anna’s colleagues at the Institute of Biochemistry have been studying the role of this vitamin for more than a decade. They have been using laboratory animals to model various diseases, such as diabetes, to study their mechanisms and better understand how to treat them.

This requires constant monitoring of the level of vitamin D in the experimental animals. Until recently, the Institute had been using test kits developed in Germany, the UK or the US. But they’re expensive and funding for Ukrainian scientific institutes is very low. Nobody in Ukraine makes similar test kits.

“I came to the Institute as a student in 2010 and my future supervisor suggested that I develop a vitamin D test that can be used for laboratory animals and then people,” explains Anna.

Anna went on to develop such a test and it formed the basis of her Ph.D. dissertation, which she defended last autumn at the age of 27.

The central element
Without going into details, the test consists of a set of reagents and a plastic tray with dividers. Blood serum is put in a compartment along with reagents. The level of vitamin D in the blood can be determined by the intensity of the color of the mixture. The most important component of the test kit is the special antibodies that “recognize” the vitamin molecule - and it’s the most expensive.

Antibodies are protein molecules humans and animals release in response to antigens – “foreign” substances that enter the body. There is a specific antibody for each antigen. Because vitamin D is a normal substance, the body does not produce antibodies. But there’s a way to trick the body into producing them.

Anna, for example, combined a vitamin molecule with a protein molecule from a species of mollusk and introduced these chimeric molecules into a rabbit’s body. After some time, she was able to isolate antibodies from the rabbit blood that could “recognize” vitamin D.

By adding imported reagents to this central element, Anna created a test for vitamin D. She says that its quality is comparable to foreign versions but is significantly cheaper because of the use of domestically produced antigens. Other researchers at the Institute of Biochemistry are using it and have no complaints about its quality. Several other scientific institutions have also taken an interest in using her test kit.

Closer to humans
But scientists aren’t the only ones interested in a vitamin D test. Vitamin D deficiency affects almost one billion people worldwide. The situation differs by region, while for many countries information is either unavailable or insufficient.

Anna says that doctors in the US recommend that everyone gets tested for vitamin D at least once in their life to assess health risks and get proper treatment for existing diseases. But nobody knows for sure what the situation is in Ukraine. State medical institutions don’t test for vitamin D because the imported tests are too expensive. Vitamin D tests are available at private laboratories, but not every Ukrainian can afford them.

Relatively inexpensive domestic tests like the one invented by Anna can remedy the situation. But it’s one thing to use the test on animals and another to start serial production for use in human medicine.

The test kit developed by Anna isn’t suitable for this because, as world practice has shown, getting a patent for rabbit antibodies is quite difficult. And in this case, it’s impossible, because the results of her work have already been published in scientific literature.

Therefore, Anna decided to create a similar test kit based on mouse antibodies, which are easier to patent. She received a grant from the Ministry of Science and Education of Ukraine and has partnered with DiaProph-Med, a Ukrainian company that specializes in developing diagnostic test kits.

“The antibodies we got from mice are suitable for some parameters, but not all,” says Anna about her results.

That’s why today she’s working on getting better quality antibodies and expects to complete her work in about half a year. If she’s successful, DiaProph-Med could start production of the vitamin D test kits.

Author: Dmytro Simonov


In Ukrainian

Українська науковиця створила тест-систему для визначення вітаміну D, яка може покращити якість лікування хворих на остеопороз, діабет та деякі види онкології

Анна Мазанова із Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України створила тест-систему для визначення вітаміну D в організмі тварин та людини. За якістю вона не поступається закордонним аналогам, і при цьому обходиться значно дешевше. Сьогодні її використовують у наукових дослідженнях на тваринах, але розробники разом із партнерами хочуть налагодити промислове виробництво схожих тест-систем і зробити їх доступнішими для пацієнтів.

Запитайте пересічного українця, що він знає про вітамін D і, швидше за все, у відповідь почуєте, що організм виробляє його за допомогою сонячного світла. Це правда. Багато також чули, що його нестача може викликати рахіт у дітей. А люди старшого віку (здебільшого жінки), хворі на остеопороз, який робить кістки крихкими, приймають вітамін D разом з іншими препаратами.

— Для багатьох залишається секретом, що вітамін D тісно пов'язаний із багатьма іншими процесами в нашому організмі, – розповідає Анна Мазанова, наукова співробітниця Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України у Києві. – Він впливає на імунні процеси, важливий при лікуванні деяких видів онкологічних захворювань, а також цукрового діабету обох типів.
До цього можна додати, що вітамін D має особливе значення у період вагітності.

Колеги та попередники Анни в Інституті біохімії досліджують роль цього вітаміну вже не одне десятиліття. На лабораторних тваринах вони створюють моделі різних захворювань, наприклад, цукрового діабету, щоб дослідити їхні механізми і, зрештою, краще зрозуміти, як їх лікувати.

При цьому необхідно постійно визначати вміст вітаміну в організмі піддослідних тварин. Для цього в Інституті донедавна використовували спеціальні тест-системи, вироблені в Німеччині, Великобританії або США. Але проблема в тому, що такі тест-системи дорогі, а українські інститути фінансуються вкрай погано. В Україні ж аналогічні системи не виробляє ніхто.

— Коли ще студенткою в 2010-му році я прийшла в Інститут, мій майбутній науковий керівник запропонував мені розробити тест-систему на вітамін D, яку можна буде використовувати для лабораторних тварин, а потім, і людей, – розповідає Анна.

Таку систему вона розробила і минулої осені в 27 років захистила по ній кандидатську дисертацію.

Головний елемент
Якщо не вдаватися у подробиці, то тест-система – це набір спеціальних реактивів і пластиковий планшет із комірками. В таку комірку поміщають підготовану сиворотку крові разом із реактивами. В залежності від того, наскільки інтенсивним буде забарвлення суміші, можна зробити висновок про вміст вітаміну D у сиворотці. Найголовніший компонент цієї системи – особливі антитіла, що «впізнають» молекулу вітаміну. І він же – найдорожчий.

Антитіла – це білкові молекули, які організм тварини або людини виділяє у відповідь на антигени – «чужі» речовини, що потрапляють до нього. Для кожного виду антигену – своє специфічне антитіло. Оскільки вітамін D – це нормальна речовина, яка є в кожному організмі, то до неї антитіла не виробляються. Але існує спосіб обманути організм і змусити його виробити антитіла проти вітаміну.

Анна, наприклад, з’єднала молекулу вітаміну із молекулою білку одного з видів молюсків і такі «химерні» молекули ввела до організму кроля. Через якийсь час із його крові вона виділила антитіла, здатні «впізнавати» вітамін D.

Додавши до цього «головного елементу» інші імпортні реактиви, Анна створила тест-систему для визначення вітаміну D. За її словами, вона не поступається якістю закордонним аналогам, але обходиться суттєво дешевше за рахунок антигенів власного виробництва. Тому інші дослідники в Інституті біохімії нині користуються саме нею і нарікань щодо якості також не мають. Ще декілька інших наукових установ зацікавилися тест-системою і взяли її для перевірки у своїй роботі.

Ближче до людини
Але тест-системи на вітамін D цікаві не лише науковцям. У світі приблизно мільярд людей потерпають від його нестачі або дефіциту. В залежності від регіону ситуація помітно відрізняється, а по багатьом країнам інформації немає, або недостатньо.

За словами Анни, в США лікарі рекомендують практично кожному хоч раз в житті зробити аналіз на вітамін D, щоб оцінити ризики для здоров’я, або призначити правильне лікування, якщо людина вже хвора. Але яка ситуація в Україні – ніхто достеменно не знає. Державні медичні заклади, як правило, взагалі не роблять аналізи на вітамін D, тому що для них купувати імпортні тест-системи надто дорого. Аналіз можна зробити у приватних лабораторіях, але не кожен це може собі дозволити.

Вирішити ситуацію могли б відносно недорогі тест-системи вітчизняного виробництва, на зразок тих, які розробила Анна Мазанова. Але одна справа – використовувати тест-системи в інституті для дослідів на тваринах, а зовсім інша – виробляти серійно для застосування в медицині.

Система, яку розробила Анна, для цього не підходить, тому що отримати патентну документацію на кролячі антитіла, як показує світова практика, досить складно. А в даному випадку – взагалі неможливо, оскільки, результати роботи вже були опубліковані в науковій літературі.

Тому, Анна вирішила створити подібну тест-систему, але тепер – на основі мишачих антитіл, які запатентувати простіше. Грант на це виділило Міністерство науки та освіти України, а партнером виступило підприємство «ДІАПРОФ-МЕД», що спеціалізується на розробці та виробництві діагностичних тест-систем.

— Антитіла, які ми отримали із мишей, влаштували нас за деякими параметрами, але за іншими – не зовсім влаштували, – коментує Анна свій результат.

Тому нині вона працює над тим, щоб отримати антитіла кращої якості і розраховує завершити роботу приблизно за півроку. Якщо результат буде успішним, «ДІАПРОФ-МЕД» може розпочати виробництво тест-систем на вітамін D.