Ученые создали «нанонос» для обнаружения больных клеток

Ученые из Университета Массачусетса в Амхерсте создали молекулярный «нос», использующий сенсоры на основе наночастиц для обнаружения и идентификации белков. Эти сенсоры, которые можно обучить распознавать множество белков, в перспективе могут стать медицинским диагностическим инструментом, выявляя белки, вырабатываемые больными клетками.

Исследование опубликовано в майском номере журнала Nature Nanotechnology (онлайн-публикация — 22 апреля). Работу возглавили Винсент Ротелло из UMass Amherst и Уве Бунц из Технологического института Джорджии.

«Цель — создать сенсор, работающий подобно собакам, вынюхивающим рак, о которых мы слышим в новостях», — говорит химик Ротелло.

Современные методы обнаружения белков обычно основаны на специфических рецепторах, которые связываются со своим белком по принципу «ключ-замок». Исследователи заполняют планшет такими молекулярными «замками» и смотрят, что «прилипнет» при добавлении белковых «ключей». Метод точен, но дорог, и для обнаружения конкретного белка нужен соответствующий ему рецептор.

Команда Ротелло разработала метод, работающий более целостно, как человеческий нос, который использует комбинацию рецепторов для распознавания запахов. Белок, попадая на такой молекулярный нос, стимулирует группу сенсорных рецепторов, создавая уникальный паттерн-отпечаток. Неизвестные белки также будут иметь уникальную сигнатуру, и их можно будет идентифицировать с меньшими усилиями, чем стандартными методами.

Ученые создали молекулярный нос, используя наночастицы золота, которые можно точно манипулировать, придавая им различные формы и размеры. К сенсорам добавили флуоресцентный краситель, чтобы видеть, какие из них взаимодействуют с конкретным белком. Каждый белок имеет уникальную форму — например, участки с электрическим зарядом или особым типом химической связи. В зависимости от формы белок заставляет светиться только определенные сенсоры, причем интенсивность свечения также варьируется. С помощью компьютера исследователи могут прочитать этот паттерн свечения, как отпечаток пальца, и определить присутствующий белок.

Команда использовала шесть различных типов наночастиц для распознавания семи разных белков, некоторые из которых были намеренно очень похожи. В 94% случаев сенсоры правильно идентифицировали заданный белок. Ученые также разработали метод учета различных концентраций белка, которые могут мешать анализу. Комбинируя исходные данные со статистическим анализом, исследователи смогли правильно идентифицировать 56 случайно выбранных белков с точностью 96%.

Подход «химического носа» предлагает новый метод детекции, который потенциально может быть более надежным (меньше ложноотрицательных и ложноположительных результатов) и дешевле существующих технологий, говорит Ротелло. Сейчас команда сосредоточена на сенсорах для обнаружения деформированных белков, производимых раковыми клетками, но метод перспективен для выявления широкого спектра заболеваний.

Источник: Университет Массачусетса в Амхерсте