Суперсенсор для ранней диагностики рака

Исследователи университета Case Western Reserve в Кливленде, штат Огайо, работающие под руководством профессора Джузеппе Странги (Giuseppe Strangi), разработали оптический биосенсор для диагностики рака на основе наноструктурированных материалов, чувствительность которого в миллион раз превышает чувствительность более ранних версий.

Помещающееся в ладонь устройство предоставит онкологам возможность выявления единичных молекул, продуцируемых циркулирующими в кровотоке раковыми клетками. Это позволит врачам проводить беспрецедентно раннюю диагностику определенных типов рака, мониторинг эффективности терапии и устойчивости опухоли, а также многое другое.

По словам авторов, на ранних этапах развития опухоли большинство циркулирующих в кровотоке раковых клеток экспрессируют белки с очень низкой молекулярной массой, не превышающей 500 дальтон. Эти белки обычно слишком малы, а их концентрация слишком низка для выявления с помощью существующих методов, что приводит к получению ложно-отрицательных результатов.

С помощью новой платформы исследователи смогли выявить в очень разведенном растворе молекулы белков с молекулярной массой 244 дальтона, что, по мнению разработчиков, позволит врачам диагностировать рак значительно раньше, чем это возможно в настоящее время.

Для достижения такой беспрецедентной чувствительности авторам пришлось преодолеть целый ряд трудностей. Одной из самых больших проблем была невозможность выявления с помощью световых волн объектов, размер которых меньше их собственных физических размеров, минимальное значение которых примерно соответствует половине микрона. Помимо этого в разведенных растворах молекулы дрейфуют случайным образом, что обуславливает очень низкую вероятность их попадания на поверхность сенсора.

Разработчикам удалось преодолеть эти барьеры путем комбинирования нанотехнологических инструментов и микрожидкостных систем, в результате чего был создан датчик на основе так называемого гиперболического метаматериала. Исключительная чувствительность этого датчика обусловлена тем, что при соприкосновении с малой молекулой его поверхность претерпевает существенные локальные изменения, приводящие к сдвигу спектра отражаемых световых волн.

В зависимости от размера молекулы спектр отражаемых волн смещается на разные значения. Авторы надеются, что в будущем это позволит идентифицировать специфичные биомаркеры не только для опухолей разных органов, но и для разных типов опухолей одного и того же органа. В настоящее время они тестируют новый сенсор в качестве инструмента для ранней диагностики рака предстательной железы.

Статья Giuseppe Strangi et al. Extreme sensitivity biosensing platform based on hyperbolic metamaterials опубликована в журнале Nature Materials.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Medical News Today: Researchers develop supersensitive biosensor for cancer.

11.04.2016