Ці крихітні датчики можуть рано виявити рак
Нові дослідження використовують наносенсори для виявлення взаємодій між білками та білками, які можуть сигналізувати про рак. Отримані дані можуть виявитися особливо корисними для виявлення лімфолейкозу набагато раніше.
Рак є однією з основних причин смерті як у США, так і в усьому світі. За даними Національного інституту раку, у 2012 році у всьому світі було понад 8 мільйонів смертей від раку, а в 2018 році понад 600 000 людей у США можуть померти від цієї хвороби.
Раннє виявлення цієї небезпечної для життя хвороби має вирішальне значення, і вчені-медики наполегливо працюють над розробкою нових та більш ефективних способів діагностики раку якомога швидше.
Зараз нові дослідження використовують крихітні датчики для виявлення найменших молекулярних змін, які можуть свідчити про рак.
Лівіу Мовіляну, професор фізики в Коледжі мистецтв і наук при Університеті Сіракуз у Нью-Йорку, разом із Авінашем Кумаром Тхакуром, доктором фізики з Сіракуз, детально описують роль цих наносенсорів у статті, що виходить у журналі Природна біотехнологія.
Як пояснює проф. Мовіляну, наносенсори можуть бути особливо корисними для виявлення лімфолейкозу, форми раку, яка починається в кістковому мозку і поширюється в кров.
У США майже 21 000 нових випадків лімфолейкозу може трапитися в 2018 році, і в результаті цього може загинути понад 4500 людей.
Як працюють наносенсори
Наносенсори, що походять з лабораторії професора Мовіляну, можуть виявляти так звані взаємодії між білками та білками (ІПП), тобто процеси, необхідні для розвитку клітин.
Так званий інтерактом означає "повну карту взаємодій білків, які можуть відбуватися в живому організмі". Інтерактомія - або картографування інтерактома, використовуючи передові технологічні та обчислювальні методи - це процвітаюче підполе біофізики, яке вивчає наслідки цих взаємодій.
ІПП залежать від різних факторів, таких як тип клітини, стадія її розвитку та умови навколишнього середовища. Деякі ІПП стабільні, а інші є тимчасовими.
Наприклад, взаємодії, необхідні для активації експресії генів, або ті, що впливають на сигналізацію клітин та розвиток ракових клітин, є тимчасовими, тобто вони тривають лише близько мілісекунди.
Мимохідність цих ІПП ускладнює їх виявлення за допомогою доступних на даний момент методів.
Однак наносенсори, що походять з лабораторії професора Мовіляну, обходять цю перешкоду, створюючи невеликий отвір у клітинній мембрані, через який проходить електричний струм.
Коли білки проходять через ці невеликі отвори або нанопори, вони змінюють інтенсивність електричного струму. Ці зміни виявляють ідентичність та властивості кожного білка.
"Дані, отримані з одного зразка білка, величезні", - говорить професор Мовіляну, який здобув ступінь доктора філософії. з експериментальної фізики з Бухарестського університету в Румунії і в даний час є членом дослідницької групи з біофізики та біоматеріалів у Департаменті фізики в Сіракузах.
"Наші наноструктури дозволяють нам спостерігати біохімічні події в чутливому, специфічному та кількісному відношенні", - продовжує дослідник. "Після цього ми можемо зробити тверду оцінку щодо однієї зразки білка".
"Детальні знання про геном людини відкрили нові межі для ідентифікації багатьох функціональних білків, що беруть участь у коротких фізичних асоціаціях з іншими білками", - продовжує дослідник.
«Основні порушення сили цих ІПП призводять до захворювань. Через тимчасовий характер цих взаємодій потрібні нові методи їх оцінки ".
Фізик також пояснює, як відрегульовані механізми виявлення його наносенсорів можуть допомогти боротися з раком.
“Якщо ми знаємо, як функціонують окремі частини клітини, ми можемо з’ясувати, чому клітина відхиляється від нормальної функціональності до стану, подібного до пухлини [...] Наші маленькі сенсори можуть робити великі справи для скринінгу біомаркерів, профілювання білка та великих масштабне дослідження білків [відоме як протеоміка]. "
Проф. Лівіу Мовіляну
Професор Мовіляну сподівається, що його наносенсори будуть особливо корисні для виявлення лімфолейкозу - стану, коли клітини крові не дозрівають і гинуть як зазвичай, а «накопичуються в кістковому мозку і витісняють нормальні, здорові клітини».
