Разработан новый гибридный сенсор для диагностики рака

Команда исследователей из НИУ ВШЭ, Сколтеха, МПГУ и МИСиС разработала нанофотонно-микрофлюидный датчик, потенциальное применение которого включает обнаружение рака, мониторинг и оценку реакции на лечение – сообщает медицинский портал Medical Dialogues¹.

По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2020 году глобальное бремя рака оценивалось в 19,3 миллиона новых случаев и 10 миллионов смертей. Эксперты ВОЗ считают, что, по оценкам, 30% новых случаев можно было бы предотвратить и примерно такую же долю можно было бы вылечить при раннем выявлении.

Сегодня "лаборатория на чипе" - это миниатюрное сенсорное устройство, способное выполнять сложные биохимические анализы, считается одним из наиболее перспективных подходов к раннему выявлению рака. Российские исследователи разработали новый гибридный нанофотонно-микрофлюидный датчик для высокочувствительного анализа жидкостей и газов при очень низкой концентрации в растворах.

Григорий Гольцман, профессор МИЭМ НИУ ВШЭ, отметил: "Наше исследование является важным шагом на пути к созданию компактного лабораторного устройства на чипе, способного не только выполнять весь набор анализов крови, но и обнаруживать биомаркеры рака на ранней стадии, используя очень небольшое количество крови пациента. В идеале мы стремимся создать небольшое портативное устройство, способное анализировать всего одну каплю крови. Нажав кнопку, врач увидит результаты, например, что параметры в норме или что требуются дополнительные анализы".

Разработанное устройство состоит из нанофотонных оптических датчиков на чипе в сочетании с микрофлюидными каналами над поверхностью датчика. Жидкости или газы, прокачиваемые по каналам, влияют на распространение оптического излучения в высокочувствительных нанофотонных устройствах, изменяя спектральные характеристики выходного сигнала. Изучая эти изменения, исследователи могут определить состав образца.

Особенностью устройства является крошечный размер микрофлюидных каналов, которые доставляют образцы к датчикам. Это позволяет получать результаты даже из очень маленьких образцов, что может иметь решающее значение, когда анализ на месте невозможен и образцы должны быть перевезены в другое место для исследования.

"Клетки общаются между собой с помощью внеклеточных пузырьков, таких как экзосомы, для отправки сообщений", - говорит Дмитрий Горин, профессор Сколковского института науки и технологий. Однако определенные факторы - либо внутренние (генетическая предрасположенность), либо внешние (окружающая среда, например, радиация) - могут нарушить нормальное функционирование клетки, заставляя ее посылать неправильные сообщения, что приводит к неконтролируемому делению клеток и росту опухоли". На ранней стадии рака концентрация экзосом в крови, как правило, увеличивается и достигает аналитически значимых значений, сигнализируя о наличии рака, что делает экзосомы потенциально полезным биомаркером в онкологии. Исследовательская группа планирует еще больше усовершенствовать свое устройство, чтобы его можно было использовать для тестирования содержания экзосом с целью выявления рака.

В настоящее время устройство может анализировать только двухкомпонентные растворы, но авторы планируют сделать его пригодным для многокомпонентных анализов, нанося специальные рецепторы (аптамеры, антитела, дарпины и пептиды) на поверхность датчика с помощью микрофлюидных каналов.

"В будущем мы надеемся создать компактное портативное устройство для быстрого тестирования, которое сократит время и затраты на диагностику рака, мониторинг и оценку эффективности лечения", - отметил один из соавторов разработки.