Среди трех главных научных достижений прошедшего года глава Минобрнауки РФ Валерий Фальков назвал прорывную разработку Института биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАН (ИБМХ). Они запатентовали нанопроводный биосенсор, который за 10 минут сможет выявлять злокачественную опухоль на самой ранней стадии. Это совместный проект ИБМХ и Института физики полупроводников СО РАН. О сути разработки "РГ" рассказал ее руководитель, завлабораторией нанобиотехнологии ИБМХ Юрий Иванов.
Юрий Дмитриевич, сегодня в СМИ периодически появляются сообщения о разработке прорывных методов для ранней диагностики рака. У них, как правило, разные принципы действия. Какой в вашем детекторе? Как он "ловит" онкологию?
Юрий Иванов: Цель прибора - обнаружить биомаркеры разных болезней, в том числе рака, неврологических расстройств, сердечно-сосудистых заболеваний и т.д.
Но сегодня во многих поликлиниках можно сделать, например, анализ на ПСА - онкологический маркер простаты. А всего в ассортименте уже около 50 биомаркеров. В чем тогда ваша новизна?
Юрий Иванов: Во-первых, в самих маркерах. Например, даже если у мужчины повышен ПСА, это вовсе не означает, что у него онкология. Причины могут быть самые разные, поэтому ему назначают дополнительные обследования, главным образом берут материал на биопсию. Аналогичная ситуация и с другими биомаркерами: они дают лишь наводку на возможную злокачественную опухоль, которую требуется тщательно перепроверять. Почему? Дело в том, что при традиционном анализе ищут клинически одобренные белковые маркеры, но на сегодняшний день они не позволяют с высокой точностью выявлять опасные болезни на ранней стадии. Для этого необходимы совсем другие маркеры, так называемые специфичные, сигнализирующие о конкретных видах рака.
Разве такие 100-процентные "наводчики" известны?
Юрий Иванов: Абсолюта нет, но есть кандидатные молекулы, которые работают с очень высокой точностью. Это микроРНК-нуклеиновые кислоты - небольшие некодирующие РНК длиной 15-20 нуклеотидов. Недавно замечено, что они являются специфическими маркерами для диагностики различных заболеваний, в том числе и рака. Вообще в последнее время начался настоящий бум поисков новых маркеров. Главная задача - как поймать, зарегистрировать сигнал от этих молекул, если их количество еще очень мало. Ведь когда рак только формируется, в организме находятся всего лишь десятки, а в лучшем случае тысячи биомаркеров. А, например, чувствительность иммуноферментного анализа на ПСА составляет 10[-12] степени моль/литр, то есть уже миллиарды молекул. Именно поэтому рак удается обнаружить с высокой вероятностью на 3-4-й стадиях. На ранних стадиях метод плохо работает.
То есть на специфические маркеры традиционная диагностика не "заточена"? А что ваш прибор?
Юрий Иванов: Чувствительность нашего детектора на 3-5 порядков выше, чем у всех существующих систем. Она составляет 10 в -15-й степени моль/литр, а можно достичь и 10 в -17-й степени. Такой уровень анализа позволяет ловить биомаркеры на 1-2-й стадиях патологического процесса.
Как удалось на порядки увеличить чувствительность прибора?
Юрий Иванов: Совместно с учеными новосибирского Института физики полупроводников РАН разработаны нанотранзисторы с уникальными характеристиками, позволяющими обнаруживать не миллиарды специфических молекул, а всего лишь тысячи. Причем размеры транзистора такие же, как и биомолекулы, это нанометры, что и определяет высокую чувствительность прибора. Принцип действия такой же, как во многих аналогичных системах по выявлению болезней. На расположенный на чипе нанопровод наносят специальные молекулы (лиганды), которые могут распознать конкретный онкологический маркер. Когда лиганд и маркер сцепляются, прибор отправляет сигнал о патологическом процессе в организме. Понятно, что на каждый из нанопроводов можно посадить молекулы для регистрации различных биомаркеров и провести масштабную скрининговую диагностику сразу на несколько видов рака.
На какой стадии сейчас эти исследования?
Юрий Иванов: В полном объеме выполнены стадии поисковых исследований. Показана принципиальная возможность обнаружения различных типов молекул. Разработаны прибор, ориентированный на серийное производство, и программное обеспечение. Для перехода на следующие стадии будем искать финансирование. Результаты опубликованы в более чем 30 международных журналах. Аналогичные исследования ведут США, Япония, Китай. В научном плане мы находимся на таком же уровне, что и зарубежные коллеги.