Система для обнаружения редких биомаркеров болезней стала точнее

Исследователи создали систему, способную обнаруживать и количественно определять малые и редкие биологические молекулы, важные для ранней диагностики заболеваний.

Некоторые молекулы в биологических жидкостях, таких как кровь и моча, могут быть индикаторами болезни, особенно если их концентрация возрастает. Однако на ранних стадиях заболевания эти «биомаркеры» встречаются редко, и их трудно обнаружить на фоне множества других молекул.

Теперь исследователи из Департамента химии Имперского колледжа Лондона разработали систему, которая может идентифицировать и измерять отдельные биомаркеры в человеческой сыворотке (жидкой части крови) и моче.

Обнаружение важных биомаркеров при более низких концентрациях позволит раньше начать лечение таких заболеваний, как некоторые виды рака и неврологические расстройства, что может повысить выживаемость.

Их система, описанная в журнале Nature Communications, помечает целевые биомаркеры и обнаруживает их с помощью нанопоры — отверстия размером в несколько миллиардных долей метра, которое измеряет изменение электрического тока при прохождении молекулы.

Преодоление ложноположительных результатов

Ранее команда использовала нанопоры для обнаружения биомаркеров, таких как короткие цепи ДНК и отдельные белки. Однако возникали проблемы, когда биомаркеры были намного меньше нанопоры и могли быть пропущены системой, особенно при высоком фоновом «шуме» от других молекул.

Чтобы решить эту проблему, они создали ДНК-носители — специальные цепи ДНК с участками для связывания целевых биомаркеров. Это облегчает их обнаружение нанопорой.

Однако ДНК-носители иногда спонтанно «запутывались», создавая видимость связи с биомаркером и приводя к ложноположительным срабатываниям.

Выделение сигнала из шума

Теперь система ДНК-носителей была усовершенствована за счёт сочетания с флуоресцентной детекцией. Когда ДНК-носитель связывается с биомаркером, происходит вспышка света, сигнализирующая системе о наличии биомаркера. Затем комплекс проходит через нанопору, где биомаркер считывается по электрическому сигналу.

Соавтор работы профессор Джошуа Эдель отметил: «Мы продемонстрировали систему, способную различать традиционно сложные биомаркеры, такие как отдельные белки, непосредственно в биологической жидкости, путём количественного одновременного электрического и оптического детектирования. Это простой способ обнаруживать молекулы, размер которых намного меньше размера нанопоры, без потери отношения сигнал/шум».

Проект стал возможен благодаря уникальным способностям и энтузиазму молодых членов команды, включая Шенглина Кая и доктора Жасмин Сзе, обладающих разнообразным опытом и знаниями.