Новый биосенсорный микрочип может ускорить разработку лекарств
Исследователи из Стэнфорда разработали новый биосенсорный микрочип, который может значительно ускорить процесс разработки лекарств. Микрочипы, содержащие высокочувствительные «нанодатчики», анализируют, как белки связываются друг с другом — критический этап для оценки эффективности и возможных побочных эффектов потенциального препарата.
Один сантиметровый массив таких нанодатчиков может одновременно и непрерывно отслеживать в тысячи раз больше событий связывания белков, чем любой существующий сенсор. Новый датчик также способен обнаруживать взаимодействия с большей чувствительностью и выдавать результаты значительно быстрее, чем современный «золотой стандарт».
«Вы можете разместить тысячи, даже десятки тысяч различных интересующих белков на одном чипе и провести эксперименты по связыванию за один раз», — говорит профессор Шань Ван, руководивший исследованием.
«В теории, за один тест можно изучить сродство препарата к каждому белку в человеческом теле», — отмечает Ричард Гастер, первый автор статьи, опубликованной в этом месяце в Nature Nanotechnology.
Мощность массива нанодатчиков основана на двух достижениях:
- Использование магнитных нанометок, прикрепляемых к изучаемому белку (например, лекарству), значительно повышает чувствительность мониторинга.
- Разработанная исследователями аналитическая модель позволяет точно предсказать итог взаимодействия, основываясь всего на нескольких минутах данных наблюдения.
Современные методы обычно отслеживают не более четырёх одновременных взаимодействий, и процесс может занимать часы.
«Я думаю, их технология имеет потенциал революционизировать то, как мы проводим биологические анализы», — считает П. Дж. Утц, не участвовавший в исследовании.
Технология магнитных нанодатчиков была разработана группой Вана несколько лет назад. В 2009 году в Nature Medicine они показали, что она может обнаруживать онкомаркер в крови мыши при концентрации в тысячу раз ниже, чем доступные коммерческие методы.
Нанометки настраиваются для прикрепления к конкретному изучаемому белку. Когда белок с нанометкой связывается с другим белком, закреплённым на нанодатчике, магнитная метка изменяет окружающее магнитное поле, что фиксируется детектором.
«Мы можем видеть, насколько сильно препарат связывается с клетками рака груди, а также с любыми другими клетками тела, например, печени, почек или мозга», — объясняет Гастер. — «Таким образом, мы можем начать предсказывать побочные эффекты этого препарата, даже не вводя его пациенту».
Именно повышенная чувствительность благодаря магнитным меткам позволяет определять не только факт образования связи, но и её силу.
«Скорость, с которой белок связывается и высвобождается, говорит о силе связи», — говорит Гастер.
Чип основан на том же типе датчика, что используется в компьютерных жёстких дисках.
«Поскольку наш чип полностью основан на существующей технологии и процедурах микроэлектроники, количество датчиков на площади легко масштабируется с минимальными затратами», — заявляет Ван.
В описанной работе использовались чипы с чуть более 1000 датчиков на см², но, по словам Вана, можно разместить десятки тысяч датчиков на той же площади.
«Технология может быть масштабирована до более чем 100 000 датчиков на сантиметр, даже не приближаясь к технологическим пределам микроэлектронной индустрии».
Следующим шагом, по мнению Вана, станет применение этой технологии для конкретного разрабатываемого препарата, что и будет её главным практическим применением.