МОСКВА: Исследовательская группа из НИУ ВШЭ Университет, Сколтех, МПГУ и МИСиС разработали нанофотонно-микрофлюидный датчик, потенциальные области применения которого включают обнаружение, мониторинг и оценку эффективности лечения. Сегодня устройство может идентифицировать растворенные газы и жидкости в низких концентрациях с высокой точностью. Исследование появилось в Оптические буквы.
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 сложный биохимический анализ, который считается 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.
Григорий Гольцман, профессор МИЭМ НИУ ВШЭ: «Наше исследование — важный шаг 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 маленькое количество крови пациента.В идеале мы стремимся создать небольшое портативное устройство, для которого нужна всего лишь капля крови.Нажав кнопку, врач увидит результаты, например, что параметры в норме или что необходимы дополнительные анализы .»
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, используя внеклеточные везикулы, такие как экзосомы, для отправки сообщений», — говорит Дмитрий Горинпрофессор в Сколковский институт науки и технологий. Однако определенные факторы — как внутренние (генетическая предрасположенность), так и внешние (окружающая среда, например радиация) — могут нарушать 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 дополнительно 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, довольно громоздкое. Установка включает в себя перистальтический насос, перестраиваемый лазер, фотодетектор, чип и ПК для обработки данных», — объясняет автор статьи Алексей Кузин, выпускник ВШЭ и 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».

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ НА НАС В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ

ФейсбукТвиттерИнстаграмПРИЛОЖЕНИЕ КООYOUTUBE

.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here