Ультрачувствительный биосенсор для обнаружения белков может помочь в диагностике рака

Исследователи из Бостонского колледжа обнаружили, что кластер углеродных нанотрубок, покрытый тонким слоем полимера, распознающего белки, образует биосенсор, способный с помощью электрохимических сигналов обнаруживать ничтожно малые количества белков. Этот новый биосенсор может стать важным диагностическим инструментом для выявления рака и других заболеваний.

Биосенсор на основе нанотрубок, описанный Томасом Чайлзом и его коллегами в статье в журнале Nature Nanotechnology, продемонстрировал способность обнаруживать человеческий ферритин (основной белок, запасающий железо в клетках) и онкобелок E7, полученный из вируса папилломы человека (HPV). Дальнейшие тесты с кальмодулином показали, что сенсор может различать разновидности этого белка, принимающие разную форму. Над разработкой сенсора работала междисциплинарная команда биологов, химиков и физиков.

Методы молекулярного импринтинга показали, что полимерные структуры можно использовать для создания сенсоров, способных распознавать определенные органические соединения, но распознавание белков представляло собой сложную задачу. Команда доктора Чайлза использовала массивы проволочно-подобных нанотрубок, покрытых непроводящим полимерным слоем, способным распознавать белки с чувствительностью на уровне субпикограмм на литр.

Ключевую роль в работе сенсора играют отпечатки молекул белка внутри непроводящего полимерного покрытия. Поскольку эти отпечатки уменьшают толщину покрытия, эти области полимера регистрируют более низкий уровень импеданса по сравнению с остальным полимерным изолятором при контакте с зарядами, присущими белкам, и ионизированным солевым раствором. Когда молекула белка попадает в свой зеркальный отпечаток, она заполняет пустоту в изоляторе, что позволяет нанотрубкам зарегистрировать соответствующее изменение импеданса, сигнализирующее о присутствии белка.

Связывание можно отслеживать в реальном времени, а не после дней или недель лабораторного анализа. Это означает, что техника молекулярного импринтинга на нанотрубках может проложить путь для биосенсоров, способных обнаруживать вирус папилломы человека или другие вирусы на недели раньше, чем это позволяют современные диагностические методы. В отличие от поиска антител к HPV или клеточного иммунного ответа после первоначального заражения, нанотрубочный сенсор может отслеживать непосредственно белок HPV. Кроме того, для безындикаторных электрохимических методов обнаружения не требуется химический маркер.

Работа подробно описана в статье под названием "A molecular-imprint nanosensor for ultrasensitive detection of proteins". Аннотация статьи доступна на сайте журнала.