Ученые разработали световой сенсор, который способен обнаруживать крайне малые количества онкомаркеров в крови. Эта инновация позволит медицинским работникам выявлять первые признаки рака при помощи стандартного анализа крови, причем значительно раньше, чем опухоль станет видимой на снимках.
Онкомаркеры — это белки, частицы ДНК и другие молекулы, которые могут сигнализировать о наличии рака, его прогрессировании или риске его возникновения. Наиболее ценным в анализах на онкомаркеры является тот факт, что для их проведения достаточно простого анализа крови, и опухоль можно обнаружить еще на очень ранних стадиях, когда она никак не проявляет себя. Однако у таких исследований есть серьезный недостаток: на самых ранних стадиях рака онкомаркеры находятся в крайне малых концентрациях, и традиционные аналитические методы не могут их обнаружить.
Для решения этой задачи команда специалистов Шэньчжэньского университета в Китае под руководством Хань Чжана объединила несколько современных технологий: наноструктуры на основе ДНК, квантовые точки и систему генетического редактирования CRISPR. Все это функционирует на основе оптического явления, называемого генерацией второй гармоники, когда входящий свет преобразуется в свет с длиной волны вдвое меньшей.
Разработанное устройство успешно выявило маркеры рака легких в образцах крови пациентов на субаттомолярном уровне — то есть когда в образце присутствовало всего лишь несколько молекул. При этом сигнал оставался четким и измеряемым.
«Для ранней диагностики этот метод может обеспечить возможность проведения простого скрининга рака легких по крови еще до того, как опухоль станет видна на компьютерной томографии, — поясняет Хань Чжан. — Он также может значительно помочь в персонализированном лечении, позволяя врачам отслеживать уровень биомаркеров ежедневно или еженедельно для оценки эффективности терапии, вместо того чтобы ждать месяцами результатов визуализации».
Большинство современных тестов требуют химического усиления слабых молекулярных сигналов, что делает анализ более длительным по времени, сложным и дорогим. Новая система исключает этот этап. Когда белок CRISPR-Cas12a распознает целевой биомаркер, он разрезает нити ДНК, которые удерживают квантовые точки, что вызывает измеримое падение оптического сигнала.
«Вместо того чтобы рассматривать ДНК исключительно как биологическое вещество, мы используем ее как программируемые строительные блоки, которые позволяют собирать компоненты сенсора с точностью до нанометра», — отмечает Чжан.
Поскольку платформа программируемая, ее можно адаптировать для выявления различных вирусов, бактерий, токсинов или биомаркеров, таких как болезнь Альцгеймера. Следующая цель ученых — создать портативную версию устройства, которую можно будет использовать непосредственно у постели больного или в удаленных районах с ограниченными медицинскими ресурсами.
Фото: hi-tech.mail.ru