Ученые создали ДНК-наносенсоры, выявляющие опухоли в мозге по капле крови

Молекулярные биологи из США разработали систему наночастиц и алгоритм машинного обучения, которые могут с точностью до 98% определять наличие различных форм рака мозга и по белковому составу крови распознавать тип опухоли. Об этом говорится в их статье в журнале Nature Nanotechnology. Такая технология делает диагностику значительно проще и доступнее.

Исследователи отметили, что их метод биопсии крови не требует особой подготовки образцов: подходят обычные пробы плазмы, которые берут при стандартных медицинских процедурах. По их данным, технология позволяет почти безошибочно выявлять опухоли и примерно в 71% случаев определять их разновидность.

Разработку выполнила группа под руководством профессора Корнеллского университета Дэниела Хеллера. В основе метода лежат углеродные нанотрубки, покрытые одиночными спиралями ДНК. Эти нити настроены так, чтобы связываться только с определенными биомолекулами, содержащимися в образцах биожидкостей.

Когда нужные молекулы взаимодействуют с ДНК-спиралью, меняется характер свечения, возникающего в дефектах нанотрубок при лазерном облучении. Благодаря этому можно обнаруживать крайне низкие концентрации белков и других веществ. Этот принцип ученые использовали для создания датчиков, которые распознают белковые маркеры, связанные с глиомами, менингиомами, шванномами и другими опухолями мозга.

Наночастицы протестировали на пробах крови 700 пациентов с онкологическими заболеваниями мозга и 200 здоровых добровольцев. Полученные данные обработали с помощью разработанной модели машинного обучения. Результаты подтвердили: характерные отличия в белковом профиле позволяют с высокой точностью выявлять наличие опухоли и во многих случаях определять ее тип.

На основе анализа исследователи изучили разницу в биомаркерах у здоровых людей и тех, у кого диагностирован рак мозга. Было обнаружено примерно 1,1 тысячи пептидов, уровень которых повышался у пациентов. Пять из них — ENPP2, LILRB3, FCAR, BCL2L15 и CAPG — оказались наиболее значимыми, и их дальнейшее изучение поможет понять молекулярные процессы, сопровождающие развитие опухолей мозга.