Нанопорный метод измерения повреждений ДНК может улучшить терапию рака и реагирование на радиологические ЧС

Ученые из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали новую технологию для измерения повреждений ДНК, вызванных радиацией. Этот метод, основанный на пропускании ДНК через нанопоры, обнаруживает радиационные повреждения гораздо быстрее и точнее существующих методов. Он может привести к улучшению лучевой терапии рака и более персонализированной помощи при радиологических чрезвычайных ситуациях.

Как работает новая технология

Современные методы измерения биологических эффектов радиации медленные и часто неэффективны. Для оценки повреждений у облученного человека медики берут образец крови и либо считают мертвые клетки (процесс занимает не менее двух дней), либо культивируют клетки для обнаружения хромосомных аномалий (не менее трех дней). Эти методы имеют ограниченный диапазон и не могут измерять дозы выше примерно 5 грей (Gy), что ниже, чем возможное облучение при серьезном инциденте.

Новый метод, описанный в Analytical Chemistry, особенно эффективен для измерения доз в диапазоне от 2 Gy до 10 Gy — критическом для человека, требующем немедленной медицинской помощи. Он дает результаты за минуты, а не дни, с гораздо более высокой точностью.

Метод использует тот факт, что ионизирующее излучение (например, рентгеновские и гамма-лучи) разрывает ДНК на более мелкие фрагменты. Исследователи пропускали поврежденные образцы ДНК через нанопору с электрическим током. Молекулы ДНК, проходящие через пору, вызывали изменения в токе.

Мониторя эти вариации, ученые могли измерить количество фрагментов ДНК, проходящих через нанопору, и определить их длину. Эта информация позволила точно рассчитать эффективную дозу радиации, воздействовавшую на ДНК.

Персонализация терапии для лучших результатов

В лечении рака мониторинг облучения в реальном времени крайне важен. «Слишком малая доза радиации может не уничтожить раковые клетки, а слишком большая — повредить здоровые ткани», — отметил физик NIST Джозеф Робертсон. «Возможность контролировать облучение в реальном времени означает, что врачи могут корректировать лечение для обеспечения правильной дозировки».

Технология также может отслеживать реакцию опухоли на облучение, позволяя персонализировать лечение. Прямое измерение повреждений ДНК в раковых клетках позволит врачам точнее подбирать терапию для каждого пациента.

Быстрое реагирование в чрезвычайных ситуациях

При радиологических авариях или отравлениях радиацией способность быстро оценить дозу облучения критически важна. Традиционные методы могут занимать дни, но новая технология позволяет получить данные в реальном времени за минуты. «Это позволит медицинским бригадам быстро определить приоритетность помощи для тех, кто в наибольшей опасности», — сказал Робертсон.

Будущее и доступность технологии

Ключевое преимущество технологии — ее потенциальная портативность. Исследователи NIST сотрудничают с промышленными партнерами для разработки устройства, которое может быть таким же маленьким и доступным, как смартфон. Это сделает его доступным в больницах, при реагировании на ЧС и даже в полевых условиях. В ближайшие годы ученые надеются создать прототип с коммерческими партнерами.

«Эта технология — не просто скачок вперед; это спасательный круг», — сказал Робертсон. «Делая измерение радиации точным и доступным, мы стремимся к тому, чтобы помощь всегда была под рукой».