Новая электронная технология биосенсоров может открыть эру персонализированной медицины

Исследователи из Технологического института Джорджии разработали новую электронную технологию биосенсоров, которая может заменить стандартные многолуночные планшеты (microplates), десятилетиями использовавшиеся в биомедицинских исследованиях и диагностических лабораториях.

Принцип работы и преимущества

• Новая платформа представляет собой массивы из тысяч электронных сенсоров, соединённых с мощными схемами обработки сигналов.
• Сенсоры электронно обнаруживают маркеры, отличающие здоровые клетки от больных (разные белки, мутации в ДНК, уровни ионов), без использования традиционных флуоресцентных или цветовых меток (labels).
• Ключевое преимущество: разделение системы на низкозатратные, одноразовые массивы сенсоров и многоразовые схемы обработки информации. Это позволяет оптимизировать производство каждой части.
• Соединение обеспечивается сверхплотными пружинными коннекторами и сквозными кремниевыми переходами (through-silicon vias), что позволяет заменять массивы, не повреждая основную схему.
• Чувствительность крошечных сенсоров (например, кремниевых нанопроводов размером 50x70 нм) может быть выше, чем у современных систем, что позволяет обнаруживать болезни раньше.
• Меньший размер лунок позволяет проводить больше тестов с тем же объёмом образца.

Потенциал для медицины

Технология может сделать возможной:

• Мгновенную диагностику заболеваний (потенциально прямо в кабинете врача).
• Подбор индивидуальной терапии путём быстрого выявления специфических для пациента мутаций генов, например, указывающих на рак.
• Создание карт однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) для определения предрасположенности к болезни или реакции на лечение.
• Лигандное зондирование для распознавания конкретных генетических последовательностей в ДНК или матричной РНК (mRNA), что быстро показывает экспрессию белков и состояние болезни.

Текущий статус и будущее

• Уже продемонстрирована работа биосенсорной системы с кремниевыми нанопроводами в 16-луночном устройстве на чипе 1x1 см, которое отличало клетки рака яичников от здоровых.
• Платформа является «агностической к сенсорам» (sensor agnostic) и может работать с широким спектром различных датчиков, включая ещё не созданные.
• В перспективе на каждый чип можно будет поместить сотни тысяч различных сенсоров, что позволит быстро обнаруживать маркеры для огромного спектра заболеваний.

Как отметил профессор Джон Макдональд: «С достаточным количеством сенсоров вы могли бы теоретически разместить на массиве все возможные комбинации... С технологией микроэлектроники вы можете легко включить все возможные комбинации, и это меняет правила игры».