Новости

Согласно результатам недавних исследований, лабораторные тесты, проводимые для диагностики заболеваний и научных исследований, могут стать в 3 млн. раз более чувствительными благодаря совмещению стандартных биологических методик с новейшими достижениями нанотехнологий.

Повышенная чувствительность тестов могла бы значительно улучшить качество ранней диагностики рака, болезни Альцгеймера и других заболеваний, что позволило бы врачам определять гораздо меньшие концентрации сигнальных маркеров, чем ранее.

Новейшие достижения затрагивают в первую очередь метод иммуноферментного анализа (ИФА), который моделирует реакцию иммунной системы для обнаружения биомаркеров – веществ, связанных с развитием заболеваний. В том случае, когда в биологических образцах, взятых у человека, присутствуют биомаркеры, в результате иммунохимического анализа вырабатывается флуоресцентный сигнал, измеряющийся в ходе анализа. Чем сильнее сигнал, тем больше количество биомаркера. Однако, если биомаркера мало, то флуоресцентный сигнал слишком слаб, чтобы быть детектированным. Этим объясняется нижняя граница чувствительности теста.

Главной целью настоящего исследования было увеличение чувствительности детекции. Применив достижения нанотехнологии, ученым из Университета Принстона (Princeton University, США) удалось значительно усилить сигнал в исследуемом образце. Создав золотые и стеклянные микрочастицы, столь мелкие, что они могут быть различимы только в очень мощный электронный микроскоп, ученые смогли усилить флуоресцентный сигнал, достигнув улучшения чувствительности метода в 3 млн. раз по сравнению с традиционным иммуноанализом. В результате для высокочувствительного иммуноанализа теперь требуется в 3 млн. раз меньше биомаркеров в образце по сравнению со стандартной методикой (исследователи достигли усовершенствования измерений с предела в 0,9 наномоль (10–9) до 300 аттомоль (10–18)).

«Полученные результаты открывают перед нами множество новых возможностей для иммунологического анализа и других методик, применяемых, в том числе, для ранней диагностики заболеваний и их лечения, – говорит Стефан Чоу (Stephen Chou), профессор инженерии в Принстоне и руководитель исследовательской группы. – Более того, новый метод удобен и для лаборантов, выполняющих тесты: не будет никаких отличий, анализ выполняется точно так же». Подробные итоги исследований с описанием физических и технических особенностей адаптированного флуоресцентного вещества и результатов иммуноанализа опубликованы в двух недавних статьях в журналах Nanotechnology и Analytical Chemistry.

Основным достижением является создание нового синтетического наноматериала, называемого D2PA, который разрабатывался в лаборатории Чоу в течение нескольких лет. D2PA представляет собой тонкий слой наноструктур из золота, окруженный стеклянными стержнями диаметром в 60 нм. Стержни расположены на расстоянии 200 нм друг от друга и покрыты золотыми дисками. Стороны каждого стержня испещрены еще более крошечными частичками золота диаметром от 10 до 15 нм. В предыдущей работе Чоу показал, что эта уникальная структура усиливает сбор и передачу света необычным способом – в частности, увеличивает в 1 млрд. раз явление, называемое эффектом Рамана.

В ходе обычного иммуноанализа образцы крови, слюны или мочи пациента переносятся в небольшие стеклянные пробирки, содержащие антитела, которые должны связаться с интересующими биомаркерами в анализируемом образце. Затем к смеси добавляется другой набор антител, меченных флуоресцентной молекулой. Если в исследуемом образце биомаркеры отсутствуют, флуоресцентные антитела ни к чему не присоединяются и отмываются. Новая методика, разработанная в Принстоне, позволяет увидеть флуоресценцию даже при очень малом количестве антител, соединившихся с меткой.

По словам Чоу, помимо использования в диагностических целях, иммунохимический анализ обычно применяется при разработке лекарств и других биологических исследованиях. В целом, флуоресценция играет значительную роль в других областях химии и инженерии, от светоизлучающих экранов до накопления солнечной энергии. Поэтому материал D2PA может найти применение и в этих сферах.

На следующем этапе исследований Чоу планирует проводить испытания по сравнению чувствительности улучшенной методики иммуноанализа с традиционной для диагностики маркеров рака молочной железы и предстательной железы. Кроме того, совместно с исследователями из Мемориального Онкологического Центра Слоана-Кеттеринга в Нью-Йорке (Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, США) Чоу работает над созданием тест-системы для ранней детекции белков, связанных с развитием болезни Альцгеймера. Работа проведена при поддержке Агентства Перспективных Исследовательских Проектов (Defense Advanced Research Project Agency) и Национального Научного Фонда (National Science Foundation). По материалам Princeton University, Engineering School. Оригинальная статья: Liangcheng Zhou, Fei Ding, Hao Chen, Wei Ding, Weihua Zhang, Stephen Y. Chou. Enhancement of Immunoassay’s Fluorescence and Detection Sensitivity Using Three-Dimensional Plasmonic Nano-Antenna-Dots Array. Analytical Chemistry, 2012; 84 (10): 4489 DOI: 10.1021/ac3003215

Источник: ХимРар