Спустя всего несколько месяцев после установки рекорда по обнаружению наименьшего единичного вируса внутри раствора, исследователи из Политехнического института Нью-Йоркского университета (NYU-Poly) объявили о новом прорыве. Они использовали нано-расширенную версию их запатентованных биосенсоров микрополостей для обнаружения единичного белка — маркера рака, который обладает одной шестой размера наименьшего вируса, и даже более мелких молекул ниже массы всех известных маркеров.

Это достижение улучшает предыдущий рекорд, устанавливая новый ориентир для наиболее чувствительных пределов обнаружения, и может значительно продвинуть раннюю диагностику заболевания. В отличие от существующей технологии, которая прикрепляет флуоресцентные молекулы на антиген, чтобы сделать его видимым, новый процесс распознает антиген без установки такой пометки.

Как скоро технология поступит в коммерческое использование?

Точных данных пока нет: бывает, что от идеи до запуска порой проходит не один десяток лет. Но, как рассказал нам представитель компании «Медснаб», поставляющей медицинское оборудование в Кемерово, сейчас технологический цикл становится всё короче.

По его словам, ведущие производители медоборудования, такие как Siemens, Philips, Samsung в своих новых разработках использует открытия, сделанные совсем недавно. Так что, возможно, анализаторы маркеров рака, созданные на основе этого изобретения, появятся в использовании уже к концу нынешнего десятилетия.

Возможность выявить онкологическое заболевание всего лишь по одной молекуле продвинет вперёд онкодиагностику и позволит определять заболевания на более ранних стадиях. Что, в свою очередь, даст возможность врачам спасти множество жизней.     

В чём заключается новая технология?

Стивен Арнольд (Stephen Arnold), профессор университета прикладной физики и член кафедры химической и биомолекулярной инженерии, описал достижение в Nano Letters, издании Американского химического общества.

В 2012 году Арнольд и его команда сумели обнаружить в растворе наименьший известный РНК- вирус MS2, с массой 6 аттограмм. Теперь в экспериментальной работе Венката Дантема (Venkata Dantham) и бывшего студента Дэвида Кенга (David Keng) были обнаружены два белка: белок маркера рака человека — тиреоглобулин, с массой один аттограмм и коровьего белка плазмы, сыворотки альбумина, с гораздо меньшей массой 0,11 аттограмм. «Аттограмм — это миллионная часть миллионной миллионной грамма, и мы считаем, что новый предел фиксирования может быть меньше, чем 0,01 аттограмм».

Последнее достижение основывается на технике, разработанной сотрудниками NYU-Poly и Университета Фордхэм (Fordham University). В 2012 году исследователи установить новый рекорд путём использования нового биосенсора с плазмонными золотыми нано-рецепторами, усиливающими электрическое поле датчика, что позволило фиксировать даже самые маленькие изменения резонансной частоты. Их план заключается в разработке медицинских диагностических устройств, способных идентифицировать одну частицу вируса в профилактических учреждениях, без использования специальных препаратов для анализа. В то время обнаружения единичного белка, который намного меньше, чем вирус, был объявлен в качестве конечной цели.

«Белки управляют телом», поясняет Арнольд. «Когда иммунная система сталкивается с вирусом, он выкачивает огромные количества антител белков и всех виды рака генерируют белковые маркеры. Тест, способный обнаруживать единственный белок, был бы наиболее чувствительным диагностическим тестом, который только можно себе представить».

К удивлению исследователей, изучение их нано-рецепторов под трансмиссионным электронным микроскопом показало, что его золотая оболочка покрыта выбоинами размером примерно с белок. Отображение компьютерного моделирования создал Стивен Хеллер, бывший студент Арнольда, а теперь доцент кафедры физики в университете Фордхэм. Моделирование показало, что эти выбоины генерируют своё собственное высокочувствительное поле в пределах ближайших нанометров, усиливая возможности датчика далеко за рамки оригинальных возможностей. «Вирус является слишком большим для этого поля. Белки имеют размер всего в несколько нанометров и могут быть обнаружены в нём».

Последствия обнаружения одного белка являются весьма значительными и могут заложить основы для улучшения медицинской терапии. Среди других достижений, Арнольд и его коллеги утверждаю, что способность отслеживать сигнал и движения белка-маркера в реальном времени, может привести к новому пониманию того, как белки прикрепляются к антителам.

Лазер посылает свет через стекловолокно к детектору. Когда микросфера помещается внутрь волокна, свет определённой длины волны попадает в сферу, создающую глубину света, которую улавливает детектор. Когда молекула, такая как маркер раковой опухоли, цепляется за золотую нанооболочку, прикреплённую к микросфере, резонансная частота микросфер сдвигается на фиксированное число.

Исследование было поддержано грантом от Национального научного фонда (NSF). Этим летом начнётся следующий этап расширения возможностей новых биосенсоров. Грант на 200 тысяч долларов будет поддерживать строительство мультиплексированного массива усиленных резонаторов, что должно позволить определять различные белки в сыворотке крови в течение нескольких минут.