Искусственные нанопоры для ранней диагностики заболеваний
Междисциплинарная команда из Университета Техаса в Арлингтоне получила грант в $360,000 от Национального научного фонда (NSF) на создание искусственных нанопор из кремния для обнаружения «плохих молекул» как самого раннего признака рака и других заболеваний.
Проект возглавляет Самир Икбал, доцент кафедры электротехники, специализирующийся на нанотехнологиях. В команду также входят Пуруненду «Сэнди» Дасгупта и Ричард Тиммонс, профессора химии и биохимии.
Нанопоры — это крошечные отверстия в тонких кремниевых чипах, примерно в 1000 раз меньше человеческой поры на коже или волоса. Материал чипов аналогичен используемому в компьютерных процессорах и памяти.
Команда будет пропускать образцы, полученные из человеческой крови, через искусственно созданные нанопоры в кремниевом чипе и регистрировать, как их состав может меняться в зависимости от заболевания.
Исследователи будут измерять реакцию между ионами крови и нанопорами и сравнивать данные с нереактивными нанопорами. Это позволит определить аномальный уровень определенных химических веществ, указывающих на наличие заболевания на молекулярном уровне.
«Мы знаем многие варианты определенных химических веществ, такие как энантиомеры, или аномальное количество таких веществ, как холестерин. Эти химические вещества говорят нам, подвержен ли кто-то определенным заболеваниям, — сказал Икбал. — Теперь мы сможем обнаруживать эти варианты в чрезвычайно малых количествах и в портативном формате системы. Мы сможем обнаружить даже несколько сотен копий плохих молекул, чтобы определить риски таких заболеваний, как рак. Это очень, очень раннее обнаружение».
Энантиомеры — это зеркально отраженные оптические изомеры, соединения с одинаковой молекулярной формулой, но разной структурной формой, подобные паре человеческих рук. Они являются зеркальными отображениями друг друга, но не совмещаются.
Пример — талидомид, препарат, представленный в конце 1950-х годов для лечения утренней тошноты у беременных. Один энантиомер препарата оказался хорошим седативным средством. Однако зеркальное отображение этого энантиомера, присутствовавшее в составе лекарства, вызывало врожденные дефекты, что привело к его изъятию с рынка.
Новое исследование позволит определять подобные различия на молекулярном уровне, прежде чем плохие варианты новых молекул вызовут разрушительные эффекты.
С помощью нанопор исследователи смогут определить, как выглядит рак на молекулярном уровне. Именно здесь лежит экспертиза двух химиков из UT Arlington.
Тиммонс обладает опытом внедрения химических веществ в нанопоры. Экспертиза Дасгупты заключается в обнаружении химических веществ в следовых количествах.
«Захватывающе, что у нас может быть небольшая широко применимая платформа, которая будет использоваться в самых разных областях», — сказал Дасгупта.
Члены команды отметили, что у технологии также есть кроссоверные применения. Например, обнаружение с помощью нанопорной технологии можно применять для оценки качества воздуха или воды.
«Опять же, чем раньше мы узнаем, загрязнен ли источник воды или воздуха, тем лучше будет людям, которые там живут», — сказал Икбал.