Виявити рак за 20 секунд: корейські вчені створили сенсор для швидкої діагностики

Корейські вчені з Корейського інституту матеріалознавства (KIMS) створили оптичний біосенсор, який за допомогою двох крапель крові дозволяє виявити онкологічно змінену ДНК менш ніж за 20 хвилин. Такий підхід позбавляє необхідності в складних попередніх процедурах і великих обсягах біоматеріалу, пише 360ua.

Керівник проєкту доктор Хо Сан Джун разом із командою поєднав можливості плазмонних наноструктур і алгоритмів машинного навчання. Сенсор фіксує метильовані ділянки ДНК — важливі маркери ракових процесів. Результати дослідження, опублікованого в журналі Advanced Science, продемонстрували точність аналізу на рівні 99 % при розрізненні зразків пацієнтів із колоректальним раком та здорових донорів.

Серцем технології стала система плазмонного молекулярного утримання (PME) на основі золотих наночастинок. Вони створюють вкрай чутливі «гарячі точки» підсилення світлового сигналу — у мільйони разів сильніше, ніж стандартні методи. Завдяки цьому сенсор вловлює концентрації метильованої ДНК від 25 фг/мл (приблизно 1/25 000 частини зернятка цукру в краплі води).

Механізм метилювання ДНК регулює активність генів, і при розвитку пухлини структура метильних міток змінюється: одні ділянки гіперметилюються, інші знеметильовуються. Пристрої фіксують ці відмінності, що дає змогу не лише підтвердити присутність раку, а й оцінити його стадію.

У клінічних випробуваннях встановили пряму залежність між рівнем метилювання та ступенем захворювання: на початковій стадії середній показник становив 14,4 %, тоді як у запущених випадках знижувався до 11,2 %. Загальна чутливість методики досягла 100 %, а специфічність — 98,3 %. Застосування «клік-хімії» — швидкого й високоточногомолекулярного з’єднання — дозволило оминути нормативні обмеження, пов’язані з генними модифікаціями.

Алгоритми машинного навчання аналізують спектри світла, виявляючи характерні для онкозахворювань зміни в глобальному гіпометилюванні. Візуалізація нанозазорів між золотими частинками підтвердила створення локальних електричних полів, що підсилюють сигнал біомолекул. Пристрій не потребує громіздкого обладнання, тому його можна застосовувати не лише в спеціалізованих лабораторіях, а й у клініках або навіть у домашніх умовах.

Вчені впевнені, що їхній сенсор закладе основу для масового раннього скринінгу раку, моніторингу динаміки розвитку пухлин і оцінки ефективності терапії. Нині технологію протестовано на колоректальному раку, але вже розпочато роботи з адаптації платформи для виявлення інших онкопатологій та епігенетичних розладів.