Исследователи из Университета Нотр-Дам разработали новое автоматизированное устройство, способное диагностировать глиобластому, быстрорастущую и неизлечимую опухоль мозга, менее чем за час. В среднем пациент с глиобластомой живет 12-18 месяцев после постановки диагноза.
Основой диагностики является биочип, который использует электрокинетическую технологию для обнаружения биомаркеров или активных рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR), которые сверхэкспрессируются при некоторых видах рака, таких как глиобластома, и обнаруживаются во внеклеточных везикулах.
«Внеклеточные везикулы или экзосомы — это уникальные наночастицы, секретируемые клетками. Они большие — в 10–50 раз больше молекулы — и имеют слабый заряд. Наша технология была специально разработана для этих наночастиц, используя их особенности в наших интересах», — сказал Сюэ-Чиа Чанг, профессор химической и биомолекулярной инженерии Bayer в Нотр-Даме и ведущий автор исследования о диагностике, опубликованного в Communications Biology.
Перед исследователями стояла двойная задача: разработать процесс, который мог бы различать активные и неактивные EGFR, и создать диагностическую технологию, которая была бы чувствительной, но селективной при обнаружении активных EGFR на внеклеточных везикулах в образцах крови.
Для этого исследователи создали биочип, который использует недорогой электрокинетический датчик размером с шарик в шариковой ручке. Благодаря размеру внеклеточных везикул антитела на датчике могут образовывать множественные связи с одной и той же внеклеточной везикулой. Этот метод значительно повышает чувствительность и селективность диагностики.
Затем синтетические наночастицы кремния «сообщают» о наличии активных EGFR на захваченных внеклеточных везикулах, принося при этом высокий отрицательный заряд. При наличии внеклеточных везикул с активными EGFR можно увидеть сдвиг напряжения, что указывает на наличие глиобластомы у пациента.
Такая стратегия определения заряда сводит к минимуму помехи, характерные для современных сенсорных технологий, использующих электрохимические реакции или флуоресценцию.
«Наш электрокинетический датчик позволяет нам делать то, что не могут другие диагностические приборы», — сказал соавтор исследования Сатьяджоти Сенапати. «Мы можем напрямую загружать кровь без какой-либо предварительной обработки, чтобы изолировать внеклеточные везикулы, поскольку на наш датчик не влияют другие частицы или молекулы. Он показывает низкий уровень шума и делает наш датчик более чувствительным к обнаружению заболеваний, чем другие технологии».
В целом устройство включает в себя три части: интерфейс автоматизации, прототип портативной машины, которая управляет материалами для проведения теста, и биочип. Для каждого теста требуется новый биочип, но интерфейс автоматизации и прототип можно использовать повторно.
Проведение одного теста занимает менее часа, требуя всего 100 микролитров крови. Стоимость материалов для производства каждого биочипа составляет менее 2 долларов.
Хотя это диагностическое устройство было разработано для глиобластомы, исследователи говорят, что его можно адаптировать для других типов биологических наночастиц. Это открывает возможность для технологии обнаруживать ряд различных биомаркеров других заболеваний. Чанг сказал, что команда изучает технологию для диагностики рака поджелудочной железы и потенциально других расстройств, таких как сердечно-сосудистые заболевания, деменция и эпилепсия.
«Наша методика не специфична для глиобластомы, но начать с нее было особенно уместно из-за ее смертельной опасности и отсутствия доступных ранних скрининговых тестов», — сказал Чанг. «Мы надеемся, что если раннее обнаружение будет более осуществимым, то увеличится и шанс на выживание».
