Магнитные нанометки обнаруживают рак у мышей раньше современных методов
Исследователи из Стэнфордского университета разработали инновационный чип-биосенсор, который может значительно упростить поиск биомаркеров таких заболеваний, как рак, на самых ранних стадиях. По словам учёных, сенсор в 1000 раз чувствительнее любой технологии, используемой сейчас в клинической практике, точен для любого типа биологической жидкости и может обнаруживать белковые биомаркеры в диапазоне концентраций, в три раза более широком, чем у существующих методов.
Нанобиосенсорный чип также может одновременно искать до 64 различных белков и показал эффективность в раннем обнаружении опухолей у мышей. Это позволяет надеяться на возможность значительно более ранней диагностики даже самых трудноуловимых видов рака у людей. Сенсор также можно использовать для обнаружения маркеров других заболеваний. Описание магнитного наносенсора опубликовано в журнале Nature Medicine.
"На ранней стадии [рака] уровень белкового биомаркера в крови очень, очень низок, поэтому для его обнаружения нужна сверхчувствительная технология", — сказал Шань Ван, доктор философии из Стэнфордского университета. — "Если обнаружить его рано, можно рано начать лечение, и у человека гораздо больше шансов на излечение".
Ван отметил, что технология наносенсоров также может позволить врачам быстро определять, реагирует ли пациент на конкретный курс химиотерапии: "Мы можем узнать на второй или третий день лечения, работает ли оно, а не через месяц или два".
Ключевые характеристики и преимущества
- Высокая чувствительность: Сенсор может обнаруживать связанный с раком белковый биомаркер при концентрации всего 1 часть на 100 миллиардов (или 30 молекул в кубическом миллиметре крови).
- Раннее обнаружение в реальных условиях: В
эксперименте на мышах магнитный наносенсор успешно обнаруживал раковые
опухоли, когда уровни связанных с раком белков были значительно
ниже порога обнаружения стандартной методологии
ELISA.
"Это критически важное открытие, потому оно показывает, что в реалистичном биологическом применении — росте опухоли у мышей — мы можем фактически видеть опухоли раньше, чем их смог бы обнаружить любой другой метод", — сказал Санжив Гамбир, доктор медицины и философии, главный исследователь Stanford CCNE.
- Широкий динамический диапазон: Новый сенсор имеет диапазон чувствительности от уровней в частях на миллиард до концентраций, больших на шесть порядков (в миллион раз). Лучшие существующие клинические методы могут обнаруживать белки в диапазоне не более двух порядков.
- Мультиплексность: 64 сенсора на чипе можно настроить на обнаружение разных белков, что позволяет искать десятки различных белков одновременно за один анализ.
- Быстрота: Результаты обычно доступны через 1–2 часа, что быстрее стандартных анализов ELISA.
- Универсальность для биологических жидкостей: Сенсор одинаково эффективен для анализа мочи, слюны, плазмы крови, сыворотки крови и клеточных лизатов.
- Потенциально низкая стоимость: Технология использует уже существующие и отработанные в индустрии хранения данных и полупроводников магнитные детекторы.
Принцип работы
Механизм обнаружения основан на использовании антител и магнитных нанометок:
- На сенсор наносятся "захватывающие антитела".
- При контакте с образцом целевые антигены (биомаркеры) связываются с этими антителами.
- Добавляются вторые антитела, которые связываются с другим участком захваченного антигена, образуя "сэндвич" антител.
- Наносится раствор с магнитными наночастицами (метками), специфичными к вторым антителам.
- Присоединившиеся магнитные нанометки изменяют локальное магнитное поле, что и регистрируется сверхчувствительным детектором.
Дальнейшие шаги
Одним из следующих этапов исследования станет тестирование магнитных наносенсоров на образцах человеческой крови, взятых в рамках долгосрочного исследования у людей до того, как у них был диагностирован рак. Команда Стэнфорда будет сотрудничать с Онкологическим исследовательским центром Фреда Хатчинсона в Сиэтле и некоммерческой организацией Canary Foundation.
Исследование было поддержано Альянсом по нанотехнологиям в онкологии NCI. В нём также участвовали исследователи из компании MagArray Inc.