Новая методика, основанная на графене и аптамерах, предоставляет возможность быстро и с высокой чувствительностью обнаруживать онкомаркеры в слюне, что является шагом к неинвазивной диагностике онкологических заболеваний.
Ученые из Института общей физики имени Прохорова РАН в сотрудничестве с ведущими научными центрами разработали высокочувствительный биосенсор, способный с рекордной точностью и скоростью выявлять онкомаркеры в слюне человека. Подробности технологии описаны в статье, опубликованной в журнале Microchimica Acta.
Классическая диагностика рака, включая анализ крови на онкомаркеры, требует инвазивного забора образцов и сложной лабораторной обработки. Новая разработка открывает возможности для простого и неинвазивного скрининга, что особенно актуально для массового обследования населения и раннего выявления злокачественных образований.
Принцип действия: графен и аптамеры
Сенсор основан на сочетании графена и аптамеров — коротких фрагментов ДНК, которые специфически связываются с целевыми молекулами-онкомаркерами. Аптамеры выполняют роль биоспецифических «ловушек», захватывая необходимые белки (например, раково-эмбриональный антиген РЭА), в то время как графен служит сверхчувствительным проводником сигнала.
Графен представляет собой двумерный углеродный материал с выдающимися проводящими свойствами и большой площадью поверхности, что делает его идеальным носителем для молекул-идентификаторов различных процессов и биологических агентов. Как показывают предыдущие исследования, сенсоры на основе графена действительно способны регистрировать изменения проводимости при взаимодействии с биомаркерами, обеспечивая высокую чувствительность без необходимости предварительного концентрирования образцов. Сенсоры на графеновой основе уже используются для обнаружения антител и белков в крови без предварительной обработки проб.
Аптамеры, в свою очередь, являются синтетическими молекулами, способными высокоспецифически связываться с целевыми белками, напоминающими по своей функции антитела, но обладающими значительными преимуществами — низкой стоимостью и физико-химической стабильностью.
Биосенсор функционирует в двух режимах: как полевой транзистор и как электрохимический датчик. Первый режим предоставляет возможность обнаружения на сверхнизком уровне (порядок зептомолей, 10-21 моль), тогда как второй расширяет диапазон до обычных концентраций. Время анализа составляет всего две минуты, а комбинирование режимов повышает точность и надежность измерений.
Перспективы методики
Основное преимущество данного метода заключается в высокой чувствительности и быстроте анализа обычной слюны, которую можно собирать без медицинского вмешательства. Это делает сенсор подходящим для:
- Экспресс-диагностики в стационарах и поликлиниках;
- Скрининга больших групп населения;
- Мониторинга лечения и контроля рецидивов;
- Самодиагностики на дому;
- Скрининга в условиях, когда невозможно пройти диспансеризацию в медицинском учреждении (вахтовая работа, дальние плавания, военная служба и т.д.).
Руководитель проекта отметил, что данная технология может стать основой для массового неинвазивного обследования и наблюдения за пациентами благодаря широкому динамическому диапазону измерений.