Ученые разработали новый светочувствительный сенсор, способный обнаруживать крайне малые количества онкологических биомаркеров в крови. Технология потенциально позволит выявлять ранние признаки рака и других заболеваний с помощью обычного анализа крови. Об этом 16 февраля сообщил журнал Science Daily.
Биомаркеры — это белки, фрагменты ДНК и другие молекулы, которые могут указывать на наличие опухоли, стадию ее развития или риск заболевания. Об этом упоминается на сайте «Известий». Однако на ранних этапах болезни концентрация таких молекул чрезвычайно мала, и традиционные методы диагностики не всегда способны их зафиксировать.
«Наш сенсор сочетает в себе наноструктуры из ДНК с квантовыми точками и технологией редактирования генов CRISPR для обнаружения слабых сигналов биомаркеров с помощью светового подхода, известного как генерация второй гармоники. В случае успеха этот подход может помочь упростить лечение заболеваний, потенциально улучшить показатели выживаемости и снизить общие затраты на здравоохранение», — заявил руководитель исследования из Шэньчжэньского университета Хань Чжан.
Ученые утверждают, что устройство смогло обнаружить биомаркеры рака легких в образцах пациентов на субаттомолярном уровне — даже при наличии всего нескольких молекул система давала четкий измеряемый сигнал. Платформа программируемая, поэтому в будущем ее можно адаптировать для выявления вирусов, бактерий, токсинов окружающей среды или биомаркеров болезни Альцгеймера.
По словам Чжана, для ранней диагностики этот метод открывает возможность простого анализа крови на рак легких до того, как опухоль станет видна на КТ. Он подчеркнул, что метод также может помочь в развитии персонализированной терапии, позволяя врачам ежедневно или еженедельно отслеживать уровень биомаркеров и оценивать эффективность лечения, вместо того чтобы ждать месяцы до очередного сканирования.
Согласно публикации, большинство современных тестов требуют химического усиления сигнала, чтобы увеличить слабую концентрацию молекул, что усложняет и удорожает анализ. Новая система в свою очередь позволяет обнаруживать биомаркеры напрямую, без дополнительных этапов усиления.
Метод основан на явлении нелинейной оптики — генерации второй гармоники (SHG), при которой свет преобразуется в излучение с вдвое меньшей длиной волны. В данной конструкции процесс происходит на поверхности двумерного полупроводника — дисульфида молибдена. Для точного размещения компонентов ученые создали ДНК-тетраэдры — пирамидальные наноструктуры из ДНК. Они удерживают квантовые точки на строго заданном расстоянии от поверхности дисульфида молибдена. Квантовые точки усиливают локальное оптическое поле и повышают интенсивность SHG-сигнала.
Технология CRISPR-Cas12a используется для распознавания конкретных биомаркеров. Когда белок Cas12a находит целевую молекулу, он разрезает ДНК-цепочки, удерживающие квантовые точки. Это приводит к измеримому снижению SHG-сигнала. Поскольку метод практически не создает фонового шума, он обеспечивает высокую чувствительность даже при крайне низкой концентрации молекул.
Для оценки эффективности ученые выбрали микроРНК miR-21 — биомаркер, связанный с раком легких. После испытаний в буферном растворе систему протестировали на сыворотке крови пациентов. Чжан подчеркнул отличные результаты сенсора, который продемонстрировал, что объединение оптики, наноматериалов и биологии может стать эффективной стратегией при создании диагностических устройств. По его словам, он также игнорировал схожие РНК и обнаруживал только целевой маркер рака легких.
В дальнейшем ученые планируют осуществить миниатюризацию системы. Исследователи планируют создать портативную версию устройства, которую можно будет использовать у постели пациента, в амбулаторных условиях или в регионах с ограниченным доступом к медицинской помощи.
Science Daily 10 февраля сообщил о способности иммунных клеток переставать бороться с раком. Согласно публикации, исследования показали, что, попадая в опухолевую среду, клетки начинают производить молекулу CCL3, стимулирующую рост опухолей. По словам ученых, это из-за множества видов рака и может стать сигналом для отслеживания прогрессии заболевания.