К счастью, команда исследователей из Колледжа искусств и наук Сиракузского университета (A & S), Медицинского университета штата Сани, Ichor Therapeutics и Университета Кларксона разработала крошечный наноразмерный датчик, способный обнаруживать белковые биомаркеры в образце с точностью до одной молекулы. Удачно придуманный как "крючок и наживка", крошечный белковый связующий соединяется с небольшим отверстием, созданным в мембране клетки - известным как нанопора, - которое позволяет ионному раствору проходить через него. Когда датчик распознает целевую молекулу, ионный поток изменяется. Это изменение потока служит сигналом от датчика о том, что биомаркер обнаружен.

"Эти нанопоры снабжены крючками, которые извлекают определенные белковые биомаркеры из раствора", - говорит Ливиу Мовиляну, профессор физики в A & S, который был соавтором исследования вместе с докторантом Мохаммадом Ахмадом. "Быстро и точно извлекая их из раствора, мы можем лучше идентифицировать и количественно определять белковые биомаркеры, которые связаны с различными гематологическими злокачественными новообразованиями и солидными опухолями".

Последнее исследование команды, опубликованное в Сообщения о природе, решает предыдущие проблемы, которые существовали при создании обобщаемой этой технологии. Их новые результаты формируют архитектуру проектирования сенсоров, которая может быть применена к широкому спектру белковых мишеней.

Сочетание инновационных технологий

Впервые команда объединила технологию нанопор с технологией имитации антител - искусственно сконструированными белковыми каркасами, которые связываются и взаимодействуют со специфическим биомаркером и ведут себя как антитела. Клетки внутри организма вырабатывают свои собственные антитела, которые связываются с нежелательными веществами и выводят их из организма. Когда дело доходит до терапии, ученые разрабатывают небольшие белки, которые проникают в клетки и стимулируют выработку антител, нацеленных на конкретные патогены, такие как вирусы или бактерии.

"Исследователи разрабатывают каркасы, используя устоявшиеся каркасы от матери-природы, и адаптируют их с помощью эволюционного мутагенеза - где они сканируют миллиарды мутаций ДНК, пока не найдут те, которые сильно взаимодействуют с определенным белком", - говорит Мовиляну, чья работа над проектом была поддержана грантом в 1,2 миллиона долларов от Национального института здравоохранения.. "Создание высокоспецифичных технологий обнаружения белков удовлетворит эти требования, а также ускорит открытие новых биомаркеров с потенциальными последствиями для прогрессирования патологических состояний".

По словам Мовиляну, помимо работы в чистом растворе, датчик также высокоэффективен в сложных биожидкостях, таких как сыворотка крови, которые содержат многочисленные антитела.

"По сути, у вас есть очень специфический крючок, который нацелен на очень специфический белок", - объясняет он. "Поскольку сигнал кодирует именно тот белок, на который вы нацелены, этот метод не дает ложноположительных результатов, что делает его практичным для биомедицинской диагностики".

Чтобы подтвердить свои выводы, команда проверила свою гипотезу, используя образец сыворотки крови. С помощью своей технологии они смогли идентифицировать и количественно оценить рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), белковый биомаркер при различных видах рака. Кроме того, были проведены многочисленные калибровки датчиков с использованием других биофизических методов.

На переднем крае диагностики

В то время как в их документе представлен концептуальный прототип, Мовиляну говорит, что проект прокладывает путь для широкого применения. Например, интегрируя датчики в наножидкостные устройства, эта технология позволила бы ученым тестировать множество различных биомаркеров одновременно в образце, обеспечивая фундаментальную основу для обнаружения биомаркеров в сложных биожидкостях.

"Медицина будущего не будет так сильно полагаться на визуализацию и биопсию при диагностике рака", - говорит Мовиляну. "Вместо этого исследователи будут использовать технологию нанодатчиков, подобную той, что мы разрабатываем в нашей лаборатории, для тестирования образцов крови на наличие различных биомаркеров, связанных с различными видами рака. Это исследование имеет решающее значение для будущего прогнозирования, диагностики и терапии".