Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • ММИФ-2018
  • БиоМолТекст-18
  • Vitacoin

3D гидрогелевые биочипы помогли в выявлении рака

«Импульс»

Исследователи из Московского физико-технического института, Института молекулярной биологии, Института биоорганической химии и ряда других российских научных центров разработали новый подход к диагностике рака кишечника. Разработка описана на страницах журнала Cancer Medicine (Butvilovskaya et al., Multiplex determination of serological signatures in the sera of colorectal cancer patients using hydrogel biochips).

Учёные разработали специальный биочип на основе гидрогеля, который позволяет диагностировать рак кишечника, он же колоректальный рак или КРР. Это онкологическое заболевание занимает третье место по частоте среди всех злокачественных новообразований, причём на первых стадиях болезнь протекает с минимальными симптомами. Пятилетняя выживаемость пациентов с КРР, несмотря на все усилия врачей, до сих пор не превышает 36% – добиться хорошего лечебного эффекта и выздоровления пациента можно только при своевременной диагностике колоректального рака.

Используемые в настоящее время методы диагностики несовершенны. Анализы, проводимые «в пробирке», in vitro, обладают низкой специфичностью, а инвазивные методы вроде колоноскопии не только травматичны, но и не всегда обеспечивают для ранней диагностики, поскольку не позволяют охватить полную картину развития и распространения КРР.

Метод, предложенный учёными из ИМБ РАН, МФТИ, РНЦХ, Первого МГМУ им.И.М.Сеченова, ИБХ РАН и городской клинической больницы имени В.М. Буянова, основан на одновременном выявлении в крови пациентов сразу множества различных веществ. Это аутоантитела против онкоассоциированных гликанов (обнаруживаются в сыворотке крови на ранних стадиях рака), иммуноглобулины различных классов, а также онкомаркеры, молекулы, продуцируемые клетками опухоли.

Что?

Онкомаркеры – это вещества, которые уже активно применяются для диагностики рака. Однако используемая сейчас для диагностики КРР комбинация (карциноэмбриональный антиген + карбогидратный антиген CA 19-9) обеспечивает не слишком высокую чувствительность: позволяя выявить лишь половину случаев заболевания. Для повышения чувствительности диагностики исследователи обратились к гликобиологии – активно развивающейся научной дисциплины о гликанах, важнейших биологических молекулах.

Самые известные гликаны – это крахмал, хитин и целлюлоза; с точки зрения химиков гликанами называют биополимеры, образованные цепочками из моносахаров (глюкоза и фруктоза – те примеры, которые известны и не-химикам), «сшитых» гликозидными связями (мостиком из атома кислорода). В жизни организма гликаны играют роль не только питательных веществ или «строительных материалов» для клеток, они важны для налаживания контактов между клетками, для правильного роста органов и многого другого. В контексте нового исследования особенно важно наличие у раковых клеток особых гликанов: молекул, которые позволяют отличить эти клетки от здоровых.

Выявить же онкоассоциированные гликаны позволяют аутоантитела. Антитела – это молекулы, которые иммунная система производит для высокоточной борьбы с конкретным противником и они тонко «настроены» на взаимодействие с заданной мишенью. К примеру, антитела против вируса гриппа взаимодействуют только с белком, входящим в состав вирусных частиц конкретного штамма, а аутоантитела против онкоассоциированных гликанов взаимодействуют строго с гликанами, которые есть только в раковых клетках КРР.

Антитела позволяют пометить мишень и привести в действие механизмы, которые обеспечивают её уничтожение. Причём мишенью могут быть и клетки самого организма: если они переродились в раковые или же оказались заражены вирусами. Уникальная способность антител к избирательному выявлению иных молекул легла в основу множества методов лабораторной диагностики, а также активно используется в научных экспериментах.

Как?

Аутоантитела к онкоассоциированным гликанам исследователи предложили искать в сыворотке крови. Этот метод уже показал ранее свою перспективность при диагностике рака яичников (в 2012 году вышла соответствующая публикация швейцарских учёных), а в качестве основного диагностического средства были выбраны биологические микрочипы.

Идею микрочипов в 1980-х годах предложил Андрей Мирзабеков, руководивший Институтом молекулярной биологии и кафедрой молекулярной биофизики МФТИ; сегодня эту идею называют технической основой биологии XXI века. Микрочип – это, в большинстве случаев, плоская пластинка с нанесенными на неё образцами тех или иных биологических молекул – а в новой статье речь пошла о такой разработке, как трёхмерный биочип на основе гидрогеля.

Такие чипы разрабатываются в ИМБ РАН и они представляют собой объёмные ячейки из особого геля, внутри которого находятся необходимые реагенты – молекулярные зонды. Структура геля обеспечивает оптимальную среду для проведения анализа, причём исследователи успешно решили множество проблем, стоящих на пути к точной диагностике: например, им удалось добиться равномерного распределения молекулярных зондов и обеспечить чувствительность, превосходящую обычные «плоские» (или, как говорят специалисты, планарные) системы.

Что получили?

Исследователи создали прототип тест-системы, позволяющий одновременно измерить концентрацию онкомаркеров белковой природы, аутоантител к гликанам, а также иммуноглобулинов G, A и M в крови человека. Учитывая тот факт, что большинство белковых маркеров не являются специфичными по отношению к локализации и типу опухоли, ученые объединили их в группы – так называемые диагностические и прогностические сигнатуры (комбинации белковых онкомаркеров и антител к гликанам и др.).

tumor_markers.jpg
Рисунок из статьи в Cancer Medicine – ВМ

Используя созданный прототип, учёные проанализировали сыворотки крови 33 пациентов с КРР, 69 здоровых доноров, а также 27 пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника. Заболевания, подобные болезни Крона или дивертикулиту могут в долговременной перспективе приводить к КРР, однако при диагностике болезни их крайне нежелательно путать между собой – система лабораторного анализа обязана быть не только чувствительной, но и точной.

Такой подход позволил превзойти современные методы. С помощью прототипа тест-системы на основе диагностических сигнатур удалось верно предсказать диагноз КРР в 95% случаев, против 79% определяемых традиционным методом. Чувствительность выявления КРР (пациенты с II-IV стадией КРР) составила 87% против 21%: такое увеличение, безусловно, является значительным достижением. Специфичность же метода составила 97%.

Чувствительность диагностической методики – это её способность обнаружить болезнь при тестировании. Чем она выше, тем лучше, однако одной лишь чувствительности для постановки диагноза мало: диагностика должна быть также корректной и в тех случаях, когда речь идёт о каком-то ином диагнозе, метод не должен указывать на рак при его отсутствии.

Именно способность точно предсказывать диагноз выражается первым числом 95% – в среднем у 95 пациентов из 100 болезнь будет определена верно. Чувствительность 87% говорит о том, что из 100% случаев у больных с КРР в 87% определится КРР. Традиционный метод выявления КРР показал чувствительность 21%, это означает, что некоторые пациенты с КРР будут признаны здоровыми. А при наличии среди всех пациентов больных воспалительными заболеваниями кишечника рак будет верно определён в 97% случаев.

«Разработанный в ИМБ РАН метод является чрезвычайно перспективным для помощи в диагностике заболеваний ЖКТ, и, будем надеяться, что в скором времени созданные на основе этого метода тест-системы появятся в клинических лабораториях нашей страны», – поделилась Жанна Зубцова, к.ф-м.н., доцент МФТИ, один из авторов разработанного подхода.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 01.06.2016

Читать статьи по темам:

биочипы рак диагностика биомаркеры Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Гидрогелевый биочип для диагностики рака

В основе разрабатываемой авторами методики лежит определение сразу нескольких молекулярных маркеров рака молочной железы и рака яичников с помощью так называемых гидрогелевых биочипов.

читать

Микрочипы для ранней диагностики рака

Одна из главных задач в борьбе с раком – ранняя диагностика опухоли. Ещё лучше – предсказать возникновение заболевания заранее. Этому могут помочь микрочипы на основе синтетических антигенов.

читать

Надежная ловушка для циркулирующих раковых клеток

Система состоит из двух чипов – первый отлавливает и удаляет из образца крови эритроциты и тромбоциты, а второй отлавливает лейкоциты, оставляя в образце только циркулирующие в кровотоке раковые клетки.

читать

Одноразовый чип для экспресс-диагностики рака

Микрожидкостное устройство обеспечивает надёжную диагностику рака полости рта всего за 50 минут. Методику можно легко адаптировать для обнаружения других форм онкологических заболеваний.

читать

Ловим в крови единичные раковые клетки

Разработанная в Вашингтонском университете «лаборатория на чипе» позволяет обнаружить и выделить очень малые концентрации раковых клеток в пробе крови объемом в 1 мл.

читать

Сверхчувствительные микрочастицы для диагностики рака

Микрочастицы из гидрогеля позволяют определять в образцах крови профили миРНК, характерные для различных типов рака и других заболеваний. Новый метод в 100 раз чувствительнее и намного точнее, чем существующие.

читать