Мембранные сенсоры позволят диагностировать рак на ранних стадиях

  • Понедельник, Дек 24 2012

В Норвегии разработали первый в мире сенсор, детектировующий отдельные молекулы в образце крови. Она содержит несколько сотен белков, по которым можно получить информацию о состоянии здоровья, сердца и диагностировать рак. Сегодня в образце крови для «полного анализа» можно узнать всего 5-6 показателей: лейкоцитарная формула, содержание сахара, наличие инфекций. Для анализа других показателей образец крови отправляют в спецлабораторию, а 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. Норвежские исследователи разработали первый в мире сенсор, способный измерить отдельные частицы в образце крови. На рисунке показано как кровь прокачивается через фотонный кристалл, при этом, специфические молекулы захватываются и анализируются.

Источник: http://cbio.ru

Оцените материал
(0 голосов)
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

ПОДПИШИТЕСЬ НА НОВОСТИ

Управление научных исследований СПбГТИ (ТУ)

Горячие новости

Приборное оснащение лаборатории

Rambler's Top100
//'+ 'Рейтинг@Mail.ru<\/a><\/p>');})(window,navigator,document);//]]>