Отраслевые новости

Прислать новость

Мембранные сенсоры позволят диагностировать рак на ранних стадиях

Кровь человека содержит несколько сотен различных белков, по которым можно представить общую картину состояния здоровья, получить информацию о состоянии сердца и диагностировать рак. В настоящее время в образце крови, сданном для «полного анализа», можно протестировать всего 5-6 показателей, такие как лейкоцитарная формула, содержание сахара в крови и наличие инфекций. Для анализа других показателей образец крови должен быть отправлен в специализированную лабораторию. Иногда процесс получения результата может занимать неделю.

Повышенная чувствительность

Четыре года назад скандинавская группа исследовательских организаций SINTEF начала совместный проект со Стэнфордским Университетом (Stanford University, США) и Университетом Осло (University of Oslo, Норвегия). Целью работы стало создание сенсора, способного повысить чувствительность в миллион раз, сделав возможным определение в крови отдельных частиц, в том числе белков в предельно низкой концентрации, а также молекул ДНК и РНК.

Результатом работы стал новый наносенсор, разработанный в MiNaLab (Осло, Норвегия).

Фотонный кристалл

Разработанный сенсор содержит силиконовую мембрану, толщина которой почти в 300 раз меньше толщины человеческого волоса. Мембрана перфорирована сотнями крошечных пор, образующих регулярный рисунок.

«Мы назвали эти структуры фотонными кристаллами. Такая же структура существует в природе в крыльях некоторых бабочек», - рассказывает Иб-Рун Йохансен (Ib-Rune Johansen) из SINTEF.

Одна из особенностей кристалла состоит в том, что он усиливает световой спектр.

«Детектируя частицы в образце крови, мы освещаем фотонные кристаллы сзади. Так мы можем преумножить интенсивность света внутри мембраны в несколько сотен раз. Кристалл невосприимчив к свету: весь свет отражается, ничего не проходит насквозь. При осмотре «сзади» кристалл выглядит как ночное звездное небо. Каждая пойманная молекула закрепляется в отверстии мембраны, что позволяет частицам света проходить сквозь мембрану, создавая картину звездного неба, - рассказывает Йохансен, - Наша разработка дает возможность увидеть эти микроскопические частицы».

Ранняя диагностика рака

В настоящее время для детекции различных инфекционных заболеваний, гормональных и других нарушений медицинские лаборатории определяют различные белки. Новые сенсоры могут значительно расширить возможности анализа.

Химики SINTEF в настоящее время занимаются биофункционализацией, пытаясь присоединить рецепторы к стенке каждой поры в мембране: при прохождении крови через мембрану рецепторы смогут захватывать специфичные молекулы в зависимости от задач исследователей. Благодаря множеству отверстий в мембране сенсор сможет определять широкий спектр различных белков. Это даст возможность диагностировать такие заболевания, как рак предстательной железы или яичника на очень ранней стадии.

При работе над биосенсорами ученые столкнулись с двумя сложными задачами. Первая – это создание сенсоров достаточной чувствительности. Вторая – необходимость уверенности в том, что измеряется именно то, что должно быть измерено. Сенсоры должны быть способны различить две частицы и захватить только специфичную. Исследователям SINTEF удалось повысить чувствительность сенсоров в миллион раз по сравнению с обычными устройствами: теперь можно измерять частицы размером от 20 нм.

«Множество диагностируемых белков обладает размером такого порядка, но многие еще меньше. В настоящее время мы можем детектировать отдельные молекулы больших белков, а также небольшие белковые молекулы (но для этого необходимо несколько молекул). Однако, наша дальнейшая цель – усовершенствовать архитектуру сенсоров так, чтобы в будущем мы смогли определять отдельные молекулы даже небольших белков», - рассказывает один из участников исследования Майкл Миелник (Michal Mielnik).

Чувствительный и дешевый

«Мы – большие оптимисты. Мы достигли успеха без значительной финансовой помощи. Однако впереди еще много работы. Для того чтобы разработать промышленный продукт, нам необходимо содействие со стороны Исследовательского Совета Норвегии и Евросоюза», - говорит Иб-Рун Йохансен.

В ближайшее время исследователи планируют протестировать на мембране образцы искусственной крови, а затем провести тесты с использованием белков, специфичных для рака яичника.

Стоимость прибора – сенсора и мембраны с источником света и стандартной камерой, используемой в мобильных телефонах и персональных компьютерах – для медицинских центров будет всего лишь несколько тысяч крон.

Помимо очевидной пользы для диагностики, сенсор, вероятно, даст возможность производить подсчет и определение возникающих естественным образом вредных наночастиц: появится возможность определения качества воды, воздуха и пищи.


Архив материалов
2018 | 2017 | 2016 | 2015 | 2014 | 2013 | 2012 | 2011 | 2010 | 2009 | 2008

Новые материалы

Разработка сайта - Astronim*
Разработка сайта
Astronim*