Специалисты из Московского физико-технического института (МФТИ) разработали новый оптический биосенсор, который позволяет существенно сократить время оценки взаимодействия наночастиц с молекулами ДНК. Эта инновация имеет важное значение для разработки эффективных наноматериалов и систем быстрой диагностики ДНК, способных ускорить выявление заболеваний и послужить основой для новых методов лечения.
Проведенная работа стала продолжением предыдущих исследований, реализованных в МФТИ. Там был разработан уникальный «умный» материал, основанный на принципе «молекулярных маяков», который позволяет с высокой точностью обнаруживать ДНК даже в незначительных количествах. Исследователи определили основной механизм: одноцепочечная ДНК, прикрепленная к наночастице, спонтанно сворачивается, скрывая рецептор. При контакте с комплементарной ДНК-нитью рецептор активируется и соединяется с целевой молекулой. Разработанный биосенсор решает непростую задачу мониторинга взаимодействия «умных» материалов с молекулами ДНК.
«При наличии различных патологий, таких как онкологические заболевания и заболевания иммунной системы, существуют определённые биомаркеры, которые могут помочь в распознавании этих заболеваний, в том числе на ранних стадиях. К таким биомаркерам относятся короткие молекулы ДНК или РНК – нуклеиновых кислот, которые могут обнаруживаться как в самой ткани, так и в крови. В идеале, разработка должна позволить проводить диагностику путем простого анализа крови, при котором сенсор будет определять наличие патологических состояний по молекулам нуклеиновых кислот. Об этом рассказала младший научный сотрудник лаборатории биохимических исследований канцерогенеза МФТИ Елена Николаевна Комедчикова.
Чтобы точно определить скорость подобных взаимодействий, что крайне важно для адресной доставки лекарственных препаратов, ученые из Института биофизики будущего МФТИ, Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН и Отделения нанобиомедицины Научно-технического университета «Сириус» создали оптический биосенсор, основанный на спектральной фазовой интерферометрии, и не требующий использования меток.
«В чем заключается уникальность и преимущество этого метода по сравнению с существующими? Существуют методы определения ДНК, такие как секвенирование и ПЦР. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки, а также определенные ограничения. Одно из них – ограничение по длине молекул ДНК. Детектирование коротких фрагментов, состоящих всего из 10 нуклеотидов, не всегда возможно с использованием текущих методик. Помимо этого, данный метод является экономически привлекательным, поскольку не требует использования сложных и дорогостоящих покрытий или чипов. Речь идет о покровном стекле микроскопа, на котором сорбированы наночастицы. Метод также позволяет проводить количественный анализ. Взаимодействие наночастиц с биосенсором детектируется: лазер освещает стекло, и регистрируется сигнал. По изменению сигнала определяется связывание наночастиц, — пояснила Е.Н. Комедчикова.
Молекулярные маяки, закрепленные на наночастицах, демонстрируют высокую чувствительность и способны функционировать в условиях физиологической концентрации ионов, что отличает их от предыдущих версий, нуждавшихся в более высоком содержании соли. Это создает возможности для разработки более совершенных нанороботов, предназначенных для терапии и диагностики. Новый биосенсор рассматривается как ключевой элемент диагностических инструментов будущего. Подробности разработок лаборатории МФТИ доступны на канале NanoLife+, который ведут специалисты института.
Новость создана при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации