Исследователи Шэньчжэньского университета разработали технологию, которая обнаруживает минимальные концентрации биомаркеров рака в крови без сложной пробоподготовки. В основе — сочетание нелинейной оптики, наноструктур и системы редактирования генов CRISPR. Работу ведёт Хань Чжан.
Проблема
Ранние стадии рака определять трудно, потому что биомаркеров (микроРНК, белков, фрагментов ДНК) в крови чрезвычайно мало. Существующие методы требуют амплификации — искусственного размножения этих молекул, что дорого и сложно.
Как работает новый датчик
Устройство объединяет три технологии:
1. Генерация второй гармоники (нелинейная оптика)
- На поверхность двумерного материала (дисульфид молибдена) направляют свет.
- Возникает эффект: излучение преобразуется в сигнал с вдвое меньшей длиной волны.
- Этот сигнал очень чувствителен к малейшим изменениям на поверхности.
2. Квантовые точки на ДНК-тетраэдрах
- Учёные создают пирамидальные наноструктуры из ДНК (тетраэдры).
- На них закрепляют квантовые точки, которые фокусируют оптическое поле и усиливают сигнал.
3. CRISPR-Cas12a как детектор
- Белок Cas12a программируют на поиск конкретной микроРНК (в эксперименте — miR-21, связанной с раком легких).
- Cas12a «сидит» на поверхности и ждёт цель.
- Как только цель найдена, Cas12a разрезает ДНК-нити, удерживающие квантовые точки.
- Квантовые точки теряются → сигнал генерации второй гармоники падает.
Падение сигнала и есть диагностический признак.
Результаты
- Датчик сработал в сыворотке крови реальных пациентов с раком лёгких.
- Высокая специфичность — не реагирует на похожие, но нецелевые последовательности РНК.
- Не требует предварительного размножения молекул — работает с нативными концентрациями.
Перспективы
- Мониторинг терапии. Врачи смогут оценивать эффективность лечения по изменению уровня биомаркеров в крови, а не ждать месяцами контрольных снимков.
- Портативный прибор. Следующая цель — миниатюризация оптической системы, чтобы использовать технологию в обычных клиниках и удалённых районах.
«Объединение оптики, наноматериалов и биологии позволило добиться эффективной работы устройства», — Хань Чжан, руководитель исследования.