Группа ученых физического и химического факультетов МГУ уже несколько лет проводит работы по созданию наноразмерных мультибиосенсорных систем на основе полупроводниковых наноструктур с кремниевыми каналами-нанопроводами для определения различных биомаркеров патологий предстательной и щитовидной желез. Разработка поможет более точно диагностировать рак простаты на ранних стадиях. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Polymers.
Исследования проводились в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина» в сотрудничестве с сотрудниками университета ИТМО в Санкт-Петербурге.
С необходимостью сдачи лабораторных анализов крови для постановки и уточнения диагноза каждый человек сталкивается не один раз за свою жизнь. Чем быстрее будут получены результаты и точнее определены концентрации разных соединений в крови, тем быстрее будет поставлен диагноз, и врач сможет принять обоснованное решение о тактике лечения и выборе лекарственных препаратов. Переход к персонализированной медицине и высокотехнологичному здравоохранению подразумевает создание новых высокочувствительных экспресс-технологий определения различных биомаркеров (белков, вирусов, нуклеиновых кислот и др.), которые можно проводить в режиме реального времени.
Для повышения чувствительности биосенсорных систем было предложено формировать на поверхности кремния полимерные 3Д-матрицы из последовательных слоев разнозаряженных полимеров (полиэтиленимина и полистиролсульфоната) для создания специальной среды, обеспечивающей сохранение биологической активности специфичных к биомаркерам антител.
Факт детектирования выражался в существенном изменении электрического тока через нанопровод. Для визуализации процессов взаимодействия антиген-антитело, происходящих внутри полимерной матрицы, авторы использовали второй клон антител, меченых наночастицами золота. Наночастицы на поверхности кремния регистрировали методами СЭМ и АСМ, что позволило определить их количество в приповерхностом слое, внутри полимерной матрицы и на ее поверхности. Анализ полученных результатов позволил доказать, что размещение молекул антител в матрице из разнозаряженных полиэлектролитов позволяет обеспечить «мягкую фиксацию» антител на поверхности нанопровода, что имеет решающее значение для сохранения активности их антигенсвязывающих центров. Более того, оказалось, что антиген в таких условиях может проникать в полимерную матрицу и концентрироваться вблизи поверхностности нанопровода, что способствует повышению чувствительности биосенсора.
«Таким образом, были подобраны оптимальные условия функционирования иммунобиосенсора на основе полевого транзистора для определения простат-специфического антигена (ПСА) – биомаркера рака предстательной железы. Иммунобиосенсор характеризуется очень низким пределом обнаружения ПСА, составляющим 0,04 мкг/мл. Определение биомаркера в одном образце проводится в режиме реального времени в течение нескольких минут. Наша разработка в довольно скором времени может быть внедрена в медицину в качестве средства экспресс-тестирования. Дополнительно нужно отметить, что в нашем сенсоре можно использовать фактически любые антитела, а это означает, что имеется возможность проводить диагностику самых разных болезней и патологических состояний человека», — отметил заведующий кафедры физики полупроводников и криоэлектроники, доктор физико-математических наук, профессор физического факультета МГУ Олег Снигирев.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
