Устройство для обнаружения болезней сочетает нанопоры и электронные сигналы
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Круз (UC Santa Cruz) и MIT создали устройство, имитирующее способность живых клеток передавать информацию через ионные каналы в мембране. Оно предназначено для обнаружения биомолекул, указывающих на наличие заболеваний у человека.
Принцип работы биопротонной системы
Устройство представляет собой биопротонную систему, которая объединяет электронные компоненты с биологическими и использует электрические токи протонов (H+).
Нанопора из ДНК: С помощью техники DNA origami инженеры MIT создали из нити ДНК крошечный туннель (нанопору), запрограммированный для оптимального прохождения потока протонов.
Искусственная клеточная среда: Нанопора встроена в систему, имитирующую водную среду клетки. Двойной липидный слой, подобный клеточной мембране, разделяет воду (внешняя среда) и электрод (внутренняя среда клетки).
Механизм обнаружения:
- Электрод направляет поток протонов через канал нанопоры.
- На выходе из нанопоры находится сайт связывания, который можно настроить на присоединение конкретных целевых биомолекул.
- Если такая молекула присутствует в воде, она прикрепляется к нанопоре и блокирует протонный поток.
- Устройство преобразует протонный сигнал в электронный. Отсутствие тока протонов сигнализирует о присутствии целевой биомолекулы.
Два «якоря» из холестерина по бокам нанопоры улучшают проводимость протонов через липидный бислой.
Результаты и перспективы
В статье в журнале Nature Communications исследователи продемонстрировали, что система способна обнаруживать B-тип натрийуретического пептида — маркер сердечных заболеваний. Это показывает потенциал устройства для использования в условиях in vitro или в клинической практике.
В будущем система может быть масштабирована: устройство сможет содержать множество нанопор, каждая из которых будет запрограммирована на обнаружение своего типа биомолекулы.
«Новизна заключается как в интеграции устройства, так и в возможности детектирования с помощью этих ДНК-нанопор», — отметил профессор Марко Роланди (Marco Rolandi).