Экспресс-диагностика: подражая природе
Созданы быстрые и лёгкие в использовании диагностические тесты
Роман Иванов, Компьюлента
Подражая природным механизмам распознавания, биоинженеры из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) и Римского университета «Тор Вергата» (Италия) разработали недорогие медицинские диагностические тесты, способные дать результат в течение нескольких минут. Учёные надеются, что их технология перетряхнёт всю мировую систему здравоохранения, поскольку её следующим шагом должно стать создание простых устройств, доступных для использования в любых местах оказания медицинской помощи, диагностирования венерических, аллергических, аутоиммунных и иных заболеваний
Представленная технология основана на применении молекулярных ДНК-переключателей нанометрового размера, способных детектировать присутствие специфических антител для широко спектра заболеваний. Подробности исследования изложены в Journal of the American Chemical Society (Ricci et al., Rational Design of Allosteric Inhibitors and Activators Using the Population-Shift Model: In Vitro Validation and Application to an Artificial Biosensor).
Современные диагностические тесты необычайно мощны, однако один недостаток может перечеркнуть все достоинства: большинство этих методов нуждается в сложном, громоздком, очень дорогом оборудовании. Пациенты днями, а то и неделями ждут результатов большинства анализов на венерические заболевания. Образец крови необходимо осторожно переправить в удалённую лабораторию для проведения анализа специально подготовленным персоналом (лаборатория одна, а медицинских учреждений разного калибра много), и только затем с соблюдением общей очереди результат будет отправлен лечащему врачу. А теперь представьте, что анализ проводится прямо в месте сдачи крови: это позволит не только сократить время ожидания, но и снизить риск распространения инфекций.
Начало исследованию положило… наблюдение за природой. Все живые существа, от бактерий до человека, собирают информацию об окружающей среде, используя удивительные «молекулярные нанопереключатели», которые сигнализируют о специфических молекулах изменением своей структуры. Например, на поверхности наших клеток расположены миллионы протеинов-рецепторов, призванных обнаруживать присутствие различных сигнальных молекул, переходя из неактивного состояния (выключено) в активное (включено). Особым достоинством таких переключателей является их способность оперировать в очень сложных условиях, таких как кровоток.
Электрохимический ДНК-переключатель детектирует присутствие антитела. Связывание с антителом заставляет переключатель открыться, удаляя сигнальный элемент (яркий кружочек) прочь от поверхности электрода и вызывая появление сигнала. (Илл. UCSB.)
Вот так, оглядываясь на природу, учёные и построили свои искусственные молекулярные переключатели на основе ДНК-молекул, которые сигнализируют о своём текущем состоянии через изменение электрического тока. Последнее фиксируется совсем недорогой электроникой, подобной той, что применяется в домашних измерителях уровня кровяного сахара. Применение «подсмотренных у природы» нанопереключателей позволило детектировать антитела на ВИЧ в образце крови менее чем за пять минут. Разве это не говорит о потенциале такой диагностической технологии?
По словам авторов разработки, основное преимущество электрохимических ДНК-нанопереключателей, диагностирующих СПИД, заключается в том, что принцип их действия может быть легко распространён на другие заболевания, а отсюда рукой подать до недорогих приборов для определения десятков биомаркеров болезней в очень короткий срок и прямо в кабинете врача (или даже дома).
Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Санта-Барбаре:
Bioengineers at UCSB Design Rapid Diagnostic Tests Inspired by Nature.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
01.10.2012