Учёные ускорили обнаружение инфекций и рака
Исследователи из UCLA разработали метод, который ускоряет и упрощает обнаружение белков в крови и плазме. Это открывает возможность диагностировать ранние стадии инфекционных заболеваний или рака прямо во время визита к врачу. Новый тест занимает около 10 минут вместо 2–4 часов, требуемых современными методами.
Решение ключевых проблем
Новый подход преодолел несколько основных проблем в обнаружении белков-биомаркеров болезней:
- Низкая концентрация: Белки часто присутствуют в жидкостях организма в малых количествах, и для их точного определения требуются процессы усиления сигнала.
- Проблемы с ферментами: Текущий подход использует ферменты для усиления сигнала от белков. Однако ферменты могут разрушаться при неправильном хранении, а для исключения ложноположительных результатов их избыток необходимо смывать, что увеличивает сложность и стоимость теста.
Исследование, проведённое учёными из Школы инженерии и прикладных наук Генри Самуэли, Калифорнийского наносистемного института и Медицинской школы Дэвида Геффена, опубликовано в журнале ACS Nano.
Фермент-независимое усиление сигнала
Команда UCLA разработала подход к усилению белкового сигнала без использования ферментов. Это устраняет необходимость в сложной системе отмывки их избытка. Реакция запускается только в присутствии целевого белка.
Механизм основан на цепной молекулярной реакции, управляемой циклом событий связывания ДНК:
- Разделённый "ключ": Процесс начинается с ДНК-"ключа", разделённого на две части.
- "Склеивание" белком: Если целевой белок присутствует, он действует как "клей", соединяя две части в единый ДНК-комплекс.
- Цепная реакция: Образование ДНК-комплекса генерирует сигнальные молекулы ДНК, которые, в свою очередь, создают новые комплексы, запуская повторяющиеся циклы усиления.
"Разрезав ДНК-"ключ" на две части, мы обнаружили, что каждая часть не может катализировать реакцию отдельно. Только когда белок выступил в роли клея, по сути, соединив части, ДНК-ключ снова стал функциональным", — пояснил ведущий автор Донхёк Ким.
Преимущества и демонстрация
Новый метод работает при комнатной температуре и не требует множества ферментов, длительных реакций или контроля температуры.
"Поскольку методика требует меньше шагов, чем другие анализы, она может оказать значительное влияние на распределённую диагностику и отчётность в сфере общественного здравоохранения, особенно в сочетании с недорогими портативными считывателями", — отметил профессор Айдоган Озкан.
Эффективность подхода была продемонстрирована на двух целевых белках:
- Стрептавидин — широко используемый тестовый белок.
- Нуклеопротеин вируса гриппа — белок, ассоциированный с вирусом гриппа.
Перспективы и дальнейшие шаги
В долгосрочной перспективе метод планируют объединить с портативными считывателями, что особенно полезно для клиник в регионах с ограниченными ресурсами.
"Хотя изначально метод продемонстрирован для обнаружения белка, связанного с гриппом, мы предполагаем, что подход можно обобщить для широкого спектра белковых биомаркеров, связанных с инфекционными заболеваниями и раком", — заявил Омай Гарнер, отметив потенциальную возможность настройки для обнаружения таких болезней, как Зика или Эбола.
Исследователи подчеркивают, что необходима дополнительная работа для адаптации анализа к сложным клиническим образцам, которые могут содержать мешающие соединения, а также для дальнейшей оптимизации реагентов для повышения производительности.