Группа учёных МИСИС, Сколтеха и НМИЦ АГП им. В.И. Кулакова разработали прототип сенсора, размером с микрочип, предназначенного для быстрого анализа крови на маркеры различных заболеваний. Сенсор позволит проводить жидкостную биопсию.
Впервые учёным удалось создать устройство, способное анализировать содержание внеклеточных визикул, выделяемых клетками организма в окружающую среду, что может быть полезно для ранней диагностики заболеваний.
Новый сенсор представляет собой микросхему с чувствительным элементом, использующую фотоны вместо электронов. Благодаря ближнему полю свет реагирует на окружающую среду вокруг волновода. Благодаря специальному слою с адресным белком, так называемым ДАРПином, сенсор выдаёт только концентрацию определённых везикул. Этот белок выделяет точечно компоненты крови, нужные медикам. Это уникальная особенность сенсора, так как нынешние изделия просто измеряют средний показатель преломления.
В зависимости от цели исследования, ДАРПины могут быть заменены. Например, их можно использовать как антитела к определённому вирусу, что позволит точно определить концентрацию патогена. Или использовать для диагностики онкологических заболеваний.
Авторы разработки отмечают, что чувствительность, компактность и безопасность биосенсора позволят работать с малыми концентрациями внеклеточных везикул. Это упростит диагностику, особенно в случаях, когда нет уверенности в применяемом лечение, а риски ложатся на пациента.
«Наш сенсор имеет потенциал стать новым инструментом для таких пограничных случаев, благодаря которому можно не только выявлять онкологию на ранних этапах, но и быстро корректировать выбранный путь лечения, если он оказывается неэффективным, например, при неправильно назначенной химиотерапии», — сказал руководитель лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС Вадим Ковалюк.
Разработка успешно прошла испытания. В рамках исследования учёные смогли выделить онкомаркеры. Эксперименты проводились на внеклеточных везикулах, извлечённых из культуральной среды клеток рака яичников с высоким уровнем экспрессии HER2, а также клеток рака молочной железы с низким уровнем этого белка. Результаты исследования показали, что биосенсор может применяться для количественной оценки биологических маркеров, таких как внеклеточные везикулы, содержащие определённый мембранный белок.
Исследования визикул начались относительно недавно, и на данный момент далеко не все взаимосвязи между их количественными характеристиками и заболеваниями изучены. С развитием этого направления расширятся возможности диагностики с использованием предложенного сенсора. По оценкам учёных, на разработку полноценного медицинского устройства на основе новой технологии потребуется несколько лет.
Фото: Julia Koblitz / Unsplash.com
