Ученые Московского физико-технического института (МФТИ) представили новый оптический биосенсор, значительно ускоряющий оценку взаимодействия наночастиц с молекулами ДНК. Эта разработка критически важна для создания эффективных наноматериалов и систем экспресс-ДНК-диагностики, которые способны не только ускорить выявление заболеваний, но и лечь в основу новых терапевтических средств.
Работа стала развитием предыдущих исследований МФТИ, где был создан уникальный «умный» материал на основе принципа «молекулярных маяков», позволяющий детектировать ДНК в малых количествах с высокой точностью. Ученые выявили ключевой механизм: одноцепочечная ДНК, закрепленная на наночастице, самопроизвольно сворачивается, «пряча» рецептор. При добавлении комплементарной ДНК-нити рецептор активируется и связывается с мишенью. Новый биосенсор решает сложную задачу отслеживания связывания умных материалов с молекулами ДНК.
«Почему это интересно? Потому что при различных патологических состояниях, то есть при онкологических заболеваниях, заболеваниях, связанных с иммунной системой, есть определённые биомаркеры, которые позволяют распознавать это заболевание, возможно, на ранних стадиях. И одним из таких биомаркеров являются короткие молекулы ДНК, либо РНК, нуклеиновых кислот, которые могут присутствовать как в самой ткани, так и циркулировать в крови. В идеале разработка должна достичь уровня, когда на ранней стадии человек просто сдаст кровь, и сенсор обнаружит патологические состояния по наличию данных молекул нуклеиновых кислот в крови», — рассказала м.н.с. лаборатории биохимических исследований канцерогенеза МФТИ Елена Николаевна Комедчикова.
Для точной оценки кинетики таких взаимодействий, критичных для адресной доставки лекарств, команда Института биофизики будущего МФТИ, Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН и Отделения нанобиомедицины Научно-технического университета «Сириус» и разработала безметочный оптический биосенсор на основе спектральной фазовой интерферометрии.
«В чем особенность и преимущество данного метода перед имеющимися? Существуют методы детекции ДНК, например, секвенирование, ПЦР. У них есть преимущества и недостатки, свои ограничения. Одно из ограничений — длина молекул ДНК. Короткие фрагменты, длиной 10 нуклеотидов, не всегда просто детектировать существующими методами. Кроме того, данный метод экономически выгоден, так как не требуются сложные дорогие покрытия или чипы. Это покровное стекло микроскопа с сорбированными наночастицами. Метод также количественный. Детектируется взаимодействие наночастиц с биосенсором: лазер светит на стекло и снимается сигнал. По изменению сигнала детектируется связывание наночастиц», — объяснила Е.Н. Комедчикова.
Разработанные молекулярные маяки на наночастицах обладают высокой чувствительностью и эффективно работают при физиологической ионной силе, в отличие от более ранних аналогов, требовавших высокого содержания соли. Это открывает перспективы для создания усовершенствованных нанороботов для терапии и диагностики. Новый биосенсор рассматривается как основа для диагностических инструментов следующего поколения. Больше о разработках лаборатории МФТИ можно узнать на канале NanoLife+, который ведут специалисты института.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
