Світловий датчик може виявляти низькі концентрації біомаркерів раку в крові

Дослідники розробили високочутливий датчик на основі світла, який може виявляти надзвичайно низькі концентрації біомаркерів раку в крові. Нова технологія одного разу може дати змогу виявити ранні ознаки раку та інших станів за допомогою простого аналізу крові. Біомаркери, такі як білки, ДНК або інші молекули, можна використовувати для виявлення наявності, прогресування або ризику раку та інших захворювань. Однак однією з головних проблем ранньої діагностики захворювання є надзвичайно низька концентрація біомаркерів, присутніх на початку.

Принцип роботи датчика

«Наш датчик поєднує наноструктури, виготовлені з ДНК, з квантовими точками та технологією редагування генів CRISPR для виявлення слабких сигналів біомаркерів за допомогою підходу на основі світла, відомого як генерація другої гармоніки (SHG). У разі успіху цей підхід може допомогти спростити лікування захворювань, потенційно підвищити рівень виживання та знизити загальні витрати на охорону здоров’я», — Хань Чжан, керівник дослідницької групи Шеньчженьського університету, Китай.

Чжан і його колеги показують, що їхній датчик може виявляти біомаркери раку легенів у зразках пацієнтів на субаттомолярних рівнях, виробляючи чіткий сигнал, навіть якщо у зразку було лише кілька молекул. Техніка зондування була розроблена таким чином, щоб бути програмованою, що могло б дозволити їй виявляти віруси, бактерії або токсини навколишнього середовища, а також різні біомаркери, такі як ті, що пов’язані з хворобою Альцгеймера.

Виявлення без посилення

Виявлення біомаркерів зазвичай вимагає ампліфікації невеликих кількостей молекул, процес, який може зайняти багато часу та дорого. У новій роботі дослідники хотіли розробити підхід прямого зондування, який міг би ідентифікувати біомаркери низької концентрації без складних етапів ампліфікації.

Новий датчик заснований на SHG, нелінійному оптичному процесі, в якому вхідне світло перетворюється на світло на половині довжини хвилі. У цьому випадку SHG виникає на поверхні двовимірного напівпровідникового матеріалу дисульфіду молібдену (MoS₂).

Дослідники використовували тетраедри ДНК — самозбірні наноструктури, схожі на піраміди, повністю виготовлені з ДНК — для прив’язування крихітних квантових точок на точних відстанях від поверхні MoS₂. Квантові точки посилюють локальне оптичне поле, посилюючи сигнал SHG. Потім вони застосували редагування генів CRISPR-Cas для виявлення специфічних біомаркерів. Коли білок Cas12a, який використовується для CRISPR, розпізнає цільовий біомаркер, він розрізає ДНК, що утримує квантові точки на місці, що викликає вимірне падіння сигналу SHG. Оскільки сигнал SHG має мінімальний фоновий шум, можна виявити навіть дуже низькі концентрації біомаркерів.

Тестування з клінічними зразками

Дослідники протестували датчик, використовуючи його для виявлення miR-21, біомаркера мікроРНК, пов’язаного з раком легенів. Переконавшись, що він може виявити цей маркер у простому буферному розчині, вони також показали, що він може виявити біомаркер у сироватці крові людини пацієнтів з раком легенів, імітуючи справжній аналіз крові.

Далі дослідники планують зосередитися на мініатюризації оптичної установки. Їхня мета — перетворити його на портативний пристрій, який можна було б використовувати біля ліжка, у клініках або навіть у віддалених місцях з низьким рівнем ресурсів.

ДЖЕРЕЛО: news-medical

На платформі Accemedin багато цікавого! Аби не пропустити — підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.