Наноструктурированная интегральная схема определяет тип и степень тяжести рака
Исследователи из Университета Торонто создали недорогой микрочип на основе наноматериалов, достаточно чувствительный для быстрого определения типа и степени тяжести рака у пациента. Это позволяет выявлять заболевание раньше для более эффективного лечения. Работа, описанная в двух статьях в журналах ACS Nano и Nature Nanotechnology, может предвещать эпоху, когда недорогая, но сложная молекулярная диагностика станет обычным явлением.
Новое устройство может легко обнаруживать биомаркеры, указывающие на наличие рака на клеточном уровне, даже несмотря на их низкую концентрацию в биологических образцах. Анализ занимает 90 минут, что значительно быстрее существующих диагностических процедур, которые обычно длятся дни.
«Сегодня для оценки клинически значимого образца онкомаркеров требуется комната, заполненная компьютерами, и результаты недоступны быстро. Нашей команде удалось измерить биомолекулы на электронном чипе размером с кончик пальца и проанализировать образец в течение получаса. Оборудование для этого анализа может быть размещено в устройстве размером с BlackBerry», — сказала соавтор работы Шана Келли.
Ключевой компонент устройства — наноэлектроды с новой высокоразветвленной наноструктурой, способные обнаруживать ДНК в концентрациях на уровне аттомолей (10-18 М). Используя массивы электродов с разной степенью разветвленности, исследователи создали устройство, способное обнаруживать молекулы ДНК в диапазоне шести порядков величины, решая проблему динамического диапазона (способности обнаруживать как распространенные, так и редкие молекулы).
Устройство изготовлено с помощью стандартного процесса фотолитографии для создания базовой сетки электродов и последующего электроосаждения для выращивания разветвленных наноструктур. Электроды покрыты пептидно-нуклеиновыми кислотами (PNAs), которые связываются с определенной генной последовательностью. Связывание ДНК или РНК запускает химическую реакцию, изменяющую электрический сигнал на электроде.
В ходе испытаний устройство проанализировало образцы матричной РНК (mRNA) из биопсий рака простаты. Оно смогло обнаружить характерные для этого рака генные слияния и, что важнее, различить слияния, связанные с быстро- или медленнорастущими формами заболевания.
- Статья о создании нанобиосенсора: «Programming the detection limits of biosensors through controlled nanostructuring».
- Статья о применении сенсора для диагностики рака: «Direct Profiling of Cancer Biomarkers in Tumor Tissue Using a Multiplexed Nanostructured Microelectrode Integrated Circuit».