Российские ученые из Института общей физики имени Прохорова РАН совместно с коллегами из ведущих научных центров разработали ультрачувствительный биосенсор, который способен обнаруживать онкомаркеры в слюне человека с рекордной точностью и скоростью. Технология описана в статье, опубликованной в журнале Microchimica Acta.
Традиционная диагностика рака, в том числе анализ крови на онкомаркеры, требует инвазивного забора образцов и сложной лабораторной обработки. Новая разработка открывает путь к простому и неинвазивному скринингу, что особенно важно для массового обследования населения и раннего выявления злокачественных опухолей.
Принцип работы: графен и аптамеры
В основе сенсора — комбинация графена и аптамеров — коротких фрагментов ДНК, которые специфически связываются с целевыми молекулами-онкомаркерами. Аптамеры действуют как биоспецифические «ловушки», захватывая интересующий белок (например, раково-эмбриональный антиген РЭА), а графен служит сверхчувствительным проводником сигнала.
Графен — это двухмерный углеродный материал с исключительной проводимостью и большой площадью поверхности, что делает его отличным носителем для молекул-идентификаторов различных процессов и биологических агентов. Как показано в предыдущих исследованиях, сенсоры на основе графена действительно способны регистрировать изменения проводимости при взаимодействии с биомаркерами, обеспечивая высокую чувствительность без предварительного концентрирования образцов. Сенсоры на графене уже применяются в исследованиях для обнаружения антител и белков в крови без предварительной обработки проб.
Аптамеры, в свою очередь, представляют собой синтетические молекулы, способные к очень специфическому связыванию целевых белков, напоминая по функции антитела, но обладая безусловными преимуществами — низкой себестоимостью получения и физико-химической стабильностью.
Биосенсор работает в двух режимах: как полевой транзистор и как электрохимический датчик. Первый режим обеспечивает сверхнизкий порог обнаружения (порядок зептомолей, 10-21 моль), а второй расширяет рабочий диапазон до обычных концентраций. Анализ занимает всего две минуты, а сочетание режимов повышает точность и надежность измерений.
Перспективы методики
Ключевое преимущество метода — высокая чувствительность и быстрота при анализе обычной слюны, которую можно собрать без медицинского вмешательства. Благодаря этому сенсор потенциально подходит для:
- Экспресс диагностики в стационарах и поликлиниках;
- Скрининга больших групп людей;
- Мониторинга лечения и контроля рецидивов;
- Самодиагностики на дому;
- Скрининга при длительном отсутствии возможности пройти диспансеризацию в медицинском учреждении (работа вахтовым методом, дальнее плавание, военная служба и т.д.).
Руководитель проекта подчеркнул, что технология может стать основой массового неинвазивного обследования и наблюдения за пациентами благодаря широкому динамическому диапазону измерений.
Недавно ученые предложили брать пробы слюны для оценки адаптации полярников к условиям арктических экспедиций.