Слюна поможет в ранней диагностике рака
Специалисты из Московского физико-технического института, Института общей физики (ИОФ) РАН, университета «Сириус» и Московского института электронной техники разработали биосенсор, способный выявлять в слюне человека ультранизкие концентрации белков-онкомаркеров с рекордной чувствительностью. В основе детектора – аптамер, короткий фрагмент ДНК. Работа опубликована в журнале Microchimica Acta.
Ранняя диагностика рака – признанный и приоритетный путь снижения инвалидизации и смертности от онкологических заболеваний. При этом для быстрого и эффективного скрининга и мониторинга лечения предпочтительнее проводить анализы не в крови, как это происходит традиционно, а в легкодоступных биологических жидкостях, таких как слюна. Однако концентрация маркеров в слюне в тысячи раз ниже, чем в крови, а существующие методы не обладают достаточной чувствительностью.
Созданный в России биосенсор решает эту проблему. Он способен обнаружить в слюне даже самые низкие концентрации онкомаркеров. Например, раково-эмбриональный антиген (РЭА) в концентрации от 0,1 фемтограмма на миллилитр. Это один из наиболее информативных онкомаркеров для диагностики и контроля лечения рака кишечника, поджелудочной железы, легких и других органов. Время анализа составляет всего две минуты, а рабочий диапазон чувствительности достигает 10 нг/мл.
Для достижения таких параметров ученые использовали аптамер – короткий фрагмент ДНК, который специфично связывается с белком-мишенью. Аптамер закреплен на графеновой подложке, нанесенной на миниатюрные электроды, и захватывает только маркер РЭА, игнорируя остальные вещества в слюне. Ключевая особенность сенсора – двухрежимная работа. Устройство может работать как полевой транзистор, в котором регистрация процесса связывания аптамера и РЭА осуществляется по изменению тока, проходящего в канале из графена, лежащего между электродами. Также сенсор работает в электрохимическом режиме, когда регистрируется изменение амплитуды тока окислительно-восстановительной реакции на одном из электродов, покрытом графеном. Первый режим обеспечивает рекордную чувствительность на уровне зептомолей (10⁻²¹ моль/л). Второй – расширяет динамический диапазон измерений. Совместная работа двух независимых режимов также минимизирует ошибки и повышает надежность диагностики.