Магнитные наночастицы позволяют чувствительно детектировать биомаркеры рака

Детектирование связанных с раком белков (биомаркеров) в образцах крови — потенциально мощный инструмент для ранней диагностики и мониторинга лечения. Команда исследователей из Стэнфордского университета и Калифорнийского университета в Санта-Круз разработала компактный прототип детектора, который использует магнитные нанотехнологии для обнаружения раковых белков в образце сыворотки крови человека с гораздо более высокой чувствительностью, чем существующие детекторы.

Результаты описаны в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) на неделе 1 декабря 2008 года.

Кроме высокой чувствительности, новый детектор может одновременно мониторить несколько биомаркеров. Эта «мультиплексная» способность важна, так как использование нескольких биомаркеров, вероятно, обеспечит большую точность и надёжность для диагностики рака, чем одиночные биомаркеры.

«Вместо стандартных флуоресцентных меток мы использовали наноразмерные магнитные частицы в качестве меток и смогли обнаруживать целевые молекулы с чувствительностью в десятки и сотни раз выше, чем стандартные техники», — сказал Надер Пурманд, профессор биомолекулярной инженерии в UCSC.

«Это, по сути, исследование, доказывающее концепцию: теперь у нас есть чип и считыватель, которые могут находить несколько биомаркеров в образце при концентрации намного ниже коммерчески доступного стандарта», — добавил Шань Ван, профессор материаловедения, инженерии и электротехники в Стэнфорде.

Как это работает

В основе детектора — кремниевый чип с 64 встроенными сенсорами, электрическое сопротивление которых меняется в присутствии магнитного поля. К сенсорам прикреплены «захватывающие» антитела, которые могут связываться со специфическими раковыми белками.

В процессе инкубации (около получаса) эти антитела сначала захватывают целевые белки. Затем вторые антитела присоединяются к захваченным белкам с одной стороны и к магнитным наночастицам с другой, «привязывая» биомаркеры к магнитным «нанометкам». Эти метки создают магнитное поле, которое изменяет сопротивление сенсора, давая чёткий сигнал.

Результаты

В статье PNAS описано детектирование очень низких концентраций различных биомаркеров рака, таких как фактор некроза опухоли альфа и раково-эмбриональный антиген. В мультиплексном анализе семи потенциальных биомаркеров рака были однозначно и одновременно обнаружены концентрации в диапазоне от 5 квадриллионных до 0,1 триллионной доли моля.

Исследователи также оценили, что могут обнаруживать уровни белка хорионического гонадотропина человека примерно в 400 раз ниже, чем концентрация, детектируемая текущими коммерческими наборами ELISA.

Перспективы и дальнейшие шаги

Для подготовки образца крови для детектора требуется центрифуга для отделения сыворотки, поэтому устройству потребуется размещение в больнице или диагностической лаборатории. Прежде чем это станет возможным, устройство должно пройти тестирование клинической полезности и клинические испытания для получения регуляторного одобрения. Для этого Пурманд и Ван основали стартап MagArray.

Технология также начала применяться для диагностики и оценки риска сердечного приступа в отделениях неотложной помощи, поскольку гибель клеток сердца также связана с высвобождением специфических белков-биомаркеров.