Главной сложностью в выявлении рака на начальной стадии является чрезвычайно низкая концентрация биомаркеров — специфических молекул, ДНК или белков, указывающих на наличие заболевания. Существующие методы часто требуют сложных и дорогостоящих процедур амплификации, то есть искусственного увеличения количества этих молекул для их обнаружения. Китайские ученые предложили подход, позволяющий обойти этот этап.
В основе разработки ученых из Шэньчжэньского университета (Китай) лежит явление генерации второй гармоники — нелинейный оптический процесс, преобразующий падающий свет в излучение с вдвое меньшей длиной волны. Этот эффект возникает на поверхности двумерного материала — дисульфида молибдена. Чтобы усилить сигнал, исследователи с помощью ДНК-тетраэдров (самосборных пирамидальных наноструктур) закрепили на поверхности квантовые точки, которые фокусируют оптическое поле.
Роль детектора в этой системе выполняет механизм CRISPR-Cas. Белок Cas12a запрограммирован на поиск конкретного биомаркера. Как только он находит цель, например, микроРНК miR-21, связанную с раком легких, он разрезает ДНК-нити, удерживающие квантовые точки. Это приводит к падению сигнала генерации второй гармоники, которое фиксируется датчиком. Благодаря минимальному фоновому шуму метода, система способна дать четкий ответ даже при наличии в образце ничтожно малого количества молекул-мишеней.
В ходе экспериментов датчик успешно идентифицировал биомаркер miR-21 не только в лабораторном буферном растворе, но и в сыворотке крови пациентов с раком легких. При этом устройство продемонстрировало высокую специфичность, не реагируя на присутствие похожих последовательностей РНК. По словам руководителя исследования Ханя Чжана, объединение оптики, наноматериалов и биологии позволило добиться эффективной работы устройства.
В перспективе технология может стать основой для регулярного мониторинга состояния пациентов. Это позволит врачам оперативно оценивать эффективность терапии по изменениям уровня биомаркеров в крови, а не ждать результатов визуализации месяцами. Следующая цель научной группы — миниатюризировать оптическую систему для создания портативного прибора, пригодного для использования в клиниках и даже в удаленных районах с ограниченными ресурсами.
Ранее Наука Mail рассказывала про наночастицы, которые способны повысить эффективность популярного препарата от рака.
