Биосенсор на основе аптамеров и графена сможет быстро обнаружить онкомаркеры в слюне
Исследователи из Института общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) совместно с коллегами из Московского физико-технического института (МФТИ), университета «Сириус» и Московского института электронной техники (МИЭТ) разработали метод ультрачувствительного измерения концентраций онкомаркеров в слюне человека. Работа опубликована в журнале Microchimica Acta.
Ранняя диагностика рака является единственным эффективным способом уменьшения риска развития заболевания и предупреждения последствий онкологии. Для обширного скрининга населения с целью раннего выявления онкозаболеваний крайне предпочтительны неинвазивные методы без забора крови, используемого сейчас в традиционных биохимических анализах с применением антител. Однако концентрация онкомаркеров в пробах, удобных для взятия даже в домашних условиях (например, в слюне пациента), в тысячи раз меньше, чем в крови, что ниже порога чувствительности распространённых анализов.
Авторами разработан метод измерения ультранизких концентраций маркеров заболеваний в слюне. Функционал метода продемонстрирован на примере точного и количественного определения концентрации раково-эмбрионального антигена (РЭА) — ключевого онкомаркера для диагностики и контроля лечения рака кишечника, поджелудочной железы, лёгких и ряда других органов. В качестве активного вещества был выбран биораспознающий аптамер — короткий фрагмент ДНК, который, как было экспериментально подтверждено, может специфично «узнавать» и «захватывать» из образца слюны нужную молекулу-мишень, в данном случае, белок РЭА. Такой аптамер с функциональной аминогруппой на конце был «закреплён» на графене, нанесённом на встречно-штыревых микроэлектродах.
Регистрация сигналов с электродов осуществлялась в двух режимах — полевого транзистора и электрохимического сенсора. Первый из них позволил повысить чувствительность сенсора до рекордных величин на уровне зептоМолей (на примере обнаружения РЭА от 0,1 фг/мл), тогда как второй — расширить диапазон чувствительности до 8 порядков — до 10 нг/мл. Сам анализ занимает всего две минуты, а два режима измерений минимизируют ошибки биосенсора.
Схема двухмодового биосенсора и градуировочный график
«Поиск биомаркеров в слюне человека может являться основой будущей экспресс-диагностики для выявления социально значимых заболеваний. Мы предложили метод, позволяющий быстро создать высокочувствительный сенсор для определения РЭА в слюне. Возможность совмещения двух различных физико-химических механизмов детектирования на одном чипе повышает надёжность нашего сенсора и его чувствительность», — рассказала ведущий автора исследования Анастасия Кудрявцева.
Руководитель исследований, заведующий лабораторией биофотоники отдела светоиндуцированных явлений Центра естественно-научных исследований ИОФ РАН кандидат физико-математических наук Пётр Никитин также отметил, что комфортность, неинвазивность и быстрота таких анализов при обеспечении их широкой доступности могут привести как к качественно новому уровню диагностики, так и к возможности мониторинга лечения онкозаболеваний даже в домашних условиях благодаря широкому динамическому диапазону измерений.
Например, если после операции или химиотерапии уровень РЭА упал, а потом снова начал расти — это может сигнализировать о возвращении болезни (рецидиве). Дальнейшее развитие технологии может привести к повышению эффективности здравоохранения и улучшению показателей выживаемости пациентов.
Результаты получены в рамках проекта РНФ 25-12-00373.
Текст: Пётр Никитин.
Источник: ИОФ РАН.
