Ученые разработали способ диагностировать рак мозга за один час

Ученые из Университета Нотр-Дам создали устройство, которое за час определяет наличие глиобластомы — агрессивного и неизлечимого рака мозга. Пациенты с этим диагнозом живут от 12 до 18 месяцев.

Новый способ диагностирования рака мозга

Диагноз ставится с помощью биочипа, который использует электрокинетическую технологию для выявления биомаркеров, таких как активные рецепторы эпидермального фактора роста (EGFR), которые часто сверхэкспрессируются при некоторых формах рака, включая глиобластому, и находятся в внеклеточных везикулах.

Хсуэ-Чиа Чанг, профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Нотр-Даме и главный автор статьи в журнале Communications Biology, пояснил, что внеклеточные везикулы, иначе именуемые экзосомами, представляют собой уникальные наночастицы, которые выделяют клетки. Эти частицы больше молекул в 10-50 раз и имеют слабый заряд, что было учтено при создании технологии.

— В нашей сенсорной системе используется стратегия управления зарядом. Гидрофильная анионообменная мембрана содержит улавливающие антитела, а заряженный репортер из наночастиц кремния — обнаруживающие антитела. За счет повышения чувствительности и надежности, обеспечиваемых ионизирующим действием мембраны, эта гидрофильная конструкция с заряженными репортерами позволяет минимизировать помехи от диспергированных белков, — пишут исследователи в научной работе.

Задачей ученых было разработать метод, способный различать активные и неактивные EGFR, а также создать высокочувствительную и селективную диагностическую технологию, способную обнаруживать активные EGFR на внеклеточных везикулах в образцах крови.

Биочип определит глиобластому

Для этого был разработан биочип с дешевым электрокинетическим сенсором размером с шариковую ручку. Благодаря размерам внеклеточных везикул, антитела на сенсоре могут связываться с ними множеством точек, что значительно повышает чувствительность и селективность диагностики.

Синтетические наночастицы диоксида кремния с сильным отрицательным зарядом сигнализируют о наличии активных EGFR на захваченных внеклеточных везикулах. Присутствие активных EGFR вызывает изменение напряжения, которое указывает на наличие глиобластомы у пациента.

Этот метод определения заряда минимизирует помехи, возникающие при использовании современных сенсорных технологий, основанных на электрохимических реакциях или флуоресценции.

По словам Сатьяджиоти Сенапати, одного из авторов исследования, их электрокинетический датчик способен делать то, что недоступно другим диагностическим методам: непосредственно загружать кровь без предварительной обработки для выделения внеклеточных везикул, так как датчик не чувствителен к другим частицам или молекулам, демонстрируя низкий уровень шума и высокую чувствительность.

Из чего состоит устройство для определения рака мозга?

Устройство состоит из трех частей: автоматизированного интерфейса, портативного устройства, вводящего материалы для теста, и биочипа. На каждый тест требуется новый биочип, однако автоматизированный интерфейс и прототип могут использоваться многократно.

Каждое тестирование занимает менее часа и требует лишь 100 микролитров крови. Стоимость одного биочипа составляет менее 2 долларов.

Несмотря на то что устройство было разработано для диагностики глиобластомы, исследователи утверждают, что его легко адаптировать для выявления других биологических наночастиц, что позволяет использовать технологию для диагностики различных биомаркеров при других заболеваниях. Чанг отметил, что его команда изучает возможности диагностики рака поджелудочной железы и других заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания, деменция и эпилепсия.

— Наша методика не ограничивается глиобластомой; мы выбрали ее из-за смертельной опасности этого заболевания и отсутствия методов раннего скрининга. Мы надеемся, что раннее обнаружение повысит шансы на выживание, — утверждает Чанг.