Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка разработали метод одновременного обнаружения различных специфических микроРНК в образцах ткани без необходимости маркировки или амплификации нуклеиновых кислот. Этот метод может быть использован для раннего выявления рака и других заболеваний без сложных, трудоемких и дорогостоящих процессов и специального лабораторного оборудования.
МикроРНК – это короткие молекулы РНК, которые связываются с матричной РНК и мешают им передавать инструкции для производства белка. Они могут регулировать экспрессию генов, изменяя в результате реализацию определенных биологических функций. У человека обнаружено более 2000 микроРНК, которые влияют на развитие, дифференцировку, рост и обмен веществ.
Некоторые микроРНК связаны с неправильной регуляцией биологических функций, в результате чего появляются онкологические и другие заболевания. Эти открытия увеличили исследовательский интерес к использованию микроРНК в качестве биомаркеров заболеваний и терапевтических мишеней. Из-за очень малого количества микроРНК, присутствующих в образцах тканей организма, традиционные методы их изучения требуют процессов генетической амплификации.
Эти технологии работают в хорошо оборудованных лабораториях и крупнобюджетных научных исследованиях, которые могут длиться месяцы или годы, но они не подходят для быстрой диагностики в клинике.
Чтобы восполнить этот пробел в доступности, группа из Университета Дьюка создала посеребренные золотые нанозвезды.
У золотых звездчатых наночастиц есть несколько шипов, которые могут усиливать электромагнитные волны – в этом уникальность особенной формы частиц, которую создатели использовали для генерирования четких сигналов о наличии различных микроРНК.
Дизайн наносенсоров заставляет меченую молекулу перемещаться очень близко к пикам нанозвезды, если определенная часть целевой РНК распознается и захватывается. Лазер срабатывает на сигнал датчика, и эффект молниеотвода лучей нанозвезды заставляет меченную молекулу ярко светиться, сообщая исследователям о захвате целевой РНК.
Молекула с меткой (оранжевая точка) находится на расстоянии от нанозвезды из-за спейсера (синего цвета). Если в образце есть соответствующая последовательность РНК, она удаляет спейсер, вызывая скручивание нити ДНК (оранжевого цвета), приближая молекулу с меткой к нанозвезде. На графике справа показан всплеск сигнала, вызванный усиленным излучением света.
При лазерном возбуждении эта метка излучает очень слабый свет, но форма звезды и эффект сочетания отдельных реакций, вызванных золотыми наночастицами и серебряным покрытием, усиливает свечение в несколько миллионов раз, облегчая их обнаружение.
В этом клиническом исследовании для проверки платформы группа продемонстировала обнаружение микроРНК miR-21, специфическую для ранней стадии рака пищевода, в 17 образцах эндоскопической биопсии. Метод обратного молекулярного дозора (inverse molecular sentinel, iMS) со звездчатыми наночастицами показал диагностическую точность.
В данном случае использование одного miR-21 достаточно, чтобы отличить образцы здоровой ткани от образцов рака, однако для других заболеваний может потребоваться одновременное обнаружение нескольких микроРНК для надежной диагностики, именно поэтому исследователи так воодушевлены эффективностью новых нанобиосенсоров. Этот метод может обеспечить диагностическую альтернативу гистологическому анализу и ПЦР и упростит процесс диагностики рака
Патент на изобретение получен, планируется начать исследования для выявления рака толстой кишки в образцах крови еще до того, как опухоль сформируется.
Статья B.M.Crawford et al. Plasmonic Nanobiosensors for Detection of MicroRNA Cancer Biomarkers in Clinical Samples опубликована в журнале Analyst.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Duke: Silver-Plated Gold Nanostars Detect Early Cancer Biomarkers.
