Эти крошечные датчики могут обнаружить рак на ранней стадии
Новое исследование использует наносенсоры для обнаружения межбелковых взаимодействий, которые могут сигнализировать о раке. Полученные данные могут оказаться особенно полезными для более раннего выявления лимфолейкоза.
Рак - одна из основных причин смерти как в Соединенных Штатах, так и во всем мире. По данным Национального института рака, в 2012 году во всем мире было зарегистрировано более 8 миллионов смертей, связанных с раком, и более 600000 человек в США могут умереть от этой болезни в 2018 году.
Раннее обнаружение этого опасного для жизни заболевания имеет решающее значение, и ученые-медики усердно трудятся, разрабатывая новые и более эффективные способы как можно скорее диагностировать рак.
Теперь в новом исследовании используются крошечные сенсоры для обнаружения мельчайших молекулярных изменений, которые могут указывать на рак.
Ливиу Мовилеану, профессор физики в Колледже искусств и наук Сиракузского университета в Нью-Йорке, вместе с Авинашем Кумаром Такуром, доктором физики в Сиракузах, подробно описывают роль этих наносенсоров в статье, опубликованной в журнале. Природа Биотехнологии.
Как объясняет профессор Мовилеану, наносенсоры могут быть особенно полезны для обнаружения лимфолейкоза - формы рака, которая начинается в костном мозге и распространяется в кровь.
В США в 2018 году может произойти почти 21000 новых случаев лимфолейкоза, и в результате могут умереть более 4500 человек.
Как работают наносенсоры
Наносенсоры, созданные в лаборатории профессора Мовилеану, могут обнаруживать так называемые межбелковые взаимодействия (ИПП), то есть процессы, которые необходимы для развития клеток.
Так называемый интерактом относится к «полной карте белковых взаимодействий, которые могут происходить в живом организме». Интерактомика - или отображение интерактома с использованием передовых технологических и вычислительных методов - является процветающей областью биофизики, изучающей последствия этих взаимодействий.
ИПП зависят от множества факторов, таких как тип клетки, стадия ее развития и условия окружающей среды. Некоторые ИЦП стабильны, а другие временны.
Например, взаимодействия, необходимые для активации экспрессии генов, или взаимодействия, которые влияют на передачу сигналов в клетках и развитие раковых клеток, являются временными, то есть они длятся всего около миллисекунды.
Мимолетный характер этих ИЦП затрудняет их обнаружение с помощью доступных в настоящее время методов.
Однако наносенсоры из лаборатории профессора Мовиляну обходят это препятствие, создавая небольшое отверстие в клеточной мембране, через которое проходит электрический ток.
Когда белки проходят через эти маленькие отверстия или нанопоры, они изменяют силу электрического тока. Эти изменения раскрывают идентичность и свойства каждого белка.
«Данные, полученные из одного образца белка, огромны», - говорит профессор Мовилеану, получивший докторскую степень. Имеет степень бакалавра экспериментальной физики в Бухарестском университете в Румынии и в настоящее время является членом исследовательской группы по биофизике и биоматериалам на кафедре физики в Сиракузах.
«Наши наноструктуры позволяют нам наблюдать биохимические процессы чувствительным, специфическим и количественным образом», - продолжает исследователь. «После этого мы сможем сделать твердую оценку одного образца белка».
«Детальное знание генома человека открыло новые возможности для идентификации многих функциональных белков, участвующих в кратких физических ассоциациях с другими белками», - продолжает исследователь.
«Значительные нарушения в силе этих ИПП приводят к болезням. Из-за временного характера этих взаимодействий необходимы новые методы их оценки ».
Физик также объясняет, как точно настроенные механизмы обнаружения его наносенсоров могут помочь в борьбе с раком.
«Если мы знаем, как функционируют отдельные части клетки, мы можем выяснить, почему клетка отклоняется от нормальной функциональности в сторону опухолевидного состояния […]. Наши маленькие сенсоры могут делать важные вещи для скрининга биомаркеров, профилирования белков и крупных - масштабное исследование белков [известное как протеомика] ».
Проф. Ливиу Мовиляну
Профессор Мовилеану надеется, что его наносенсоры будут особенно полезны для обнаружения лимфолейкоза, состояния, при котором клетки крови не созревают и не умирают как обычно, а «накапливаются в костном мозге и вытесняют нормальные, здоровые клетки».
