Ученые разработали гибридный датчик, который может помочь в диагностике рака

Прочитано: 155 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Группа исследователей из НИУ ВШЭ, Сколтеха, МПГУ и МИСиС разработала нанофотонно-микрожидкостный датчик, потенциальные области применения которого включают обнаружение рака, мониторинг и оценку эффективности лечения. Сегодня устройство может идентифицировать газы и жидкости, растворенные в низких концентрациях, с высокой степенью точности. Статья опубликована в Optics Letters.

По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2020 году глобальное бремя рака оценивается в 19,3 миллиона новых случаев и 10 миллионов смертей. Эксперты ВОЗ считают, что примерно 30% новых случаев можно было бы предотвратить и примерно столько же можно было бы вылечить при раннем выявлении.

Сегодня «лаборатория на чипе» представляет собой миниатюрное сенсорное устройство, способное выполнять сложные биохимические анализы, которые считаются одним из самых многообещающих подходов к раннему выявлению рака. Российские исследователи разработали новый гибридный нанофотонно-микрофлюидный сенсор для высокочувствительного анализа жидкостей и газов при очень низких концентрациях в растворах.

По словам профессора МИЭМ НИУ ВШЭ Григория Гольцмана, «исследование является важным шагом на пути к созданию компактного устройства «лаборатория на чипе», способного не только выполнять весь набор анализов крови, но и выявлять биомаркеры рака на ранней стадии с очень небольшое количество крови пациента. В идеале мы стремимся создать небольшое портативное устройство, [которому нужна] всего лишь капля крови. Нажав кнопку, врач увидит результаты, например, что параметры в норме или что дальнейшие анализы необходимы.»

Текущее устройство состоит из нанофотонных оптических датчиков на чипе в сочетании с микрожидкостными каналами над поверхностью датчика. Жидкости или газы, прокачиваемые по каналам, влияют на распространение оптического излучения в высокочувствительных нанофотонных устройствах, изменяя спектральные характеристики выходного сигнала. Изучая эти изменения, исследователи могут определить состав образца.

Особенностью устройства является крошечный размер микрожидкостных каналов, которые доставляют образцы к датчикам. Это позволяет получать результаты даже по очень маленьким образцам, что может иметь решающее значение, когда анализ на месте невозможен и образцы должны быть доставлены в другое место для исследования.

Кровь человека содержит определенные компоненты, которые могут быть ценными для предварительной диагностики онкологических заболеваний. К таким компонентам относятся внеклеточные везикулы (экзосомы). Экзосомы представляют собой микроскопические везикулы, выделяемые в межклеточное пространство клетками тканей и органов.

«Клетки общаются между собой с помощью внеклеточных везикул , таких как экзосомы, для отправки сообщений», — говорит Дмитрий Горин, профессор Сколковского института науки и технологий. Однако определенные факторы — как внутренние ( генетическая предрасположенность ), так и внешние (окружающая среда, например, радиация) — могут нарушить нормальное функционирование клетки, заставляя ее посылать неверные сигналы, что приводит к неконтролируемому делению клеток и росту опухоли».

На ранней стадии рака концентрация экзосом в крови имеет тенденцию к увеличению до аналитически значимых значений, сигнализирующих о наличии рака, что делает экзосомы потенциально полезным биомаркером в онкологии. Исследовательская группа планирует усовершенствовать свое устройство, чтобы его можно было использовать для этого метода обнаружения рака .

Пока датчик протестирован не на образцах крови, а на водных растворах изопропилового спирта в 20 различных концентрациях, от 0,08% до 72% по массе. Поскольку спирт хорошо растворяется в воде, можно было использовать очень низкие концентрации. Например, датчик обнаружил изопропанол в растворе, содержащем 12 молекул спирта на миллион молекул воды. В настоящее время прибор может анализировать только двухкомпонентные растворы, но авторы планируют сделать его пригодным для многокомпонентных аналитов, нанеся на поверхность сенсора специальные рецепторы (аптамеры, антитела, DARPins и пептиды) с помощью микрожидкостных каналов.

«Сегодня экспериментальное оборудование, необходимое для работы прибора, достаточно громоздко. В состав установки входят перистальтический насос, перестраиваемый лазер, фотоприемник, чип и ПК для обработки данных», — поясняет автор статьи выпускник НИУ ВШЭ Алексей Кузин. и действующий аспирант Сколтеха. «В будущем мы надеемся создать компактное и портативное устройство для экспресс-тестирования, которое сократит время и стоимость диагностики рака, мониторинга и оценки эффективности лечения».

Ученые разработали гибридный датчик, который может помочь в диагностике рака



Новости партнеров