Учёные Сколковского института науки и технологий совместно с коллегами из Университета НИТУ МИСИС и Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В. И. Кулакова и Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова разработали методы, которые могут позволить определить рак молочной железы в предельно сжатые сроки — всего за 15–20 минут. Причем для проведения анализа достаточно небольшого объема крови.

По словам разработчиков, такие сверхчувствительные системы помогут выявлять заболевание на ранней стадии. Это даст возможность своевременно принимать меры для предотвращения тяжелых последствий, а также определять эффективность лечения.

В основе нового способа — использование микрочипов. В них в качестве биомаркеров, которые указывают на признаки заболевания, ученые используют везикулы — это пузырьки размером от 20 до 150 нанометров, которые участвуют в транспортировке веществ между клетками организма. Они присутствуют в крови и других телесных жидкостях и содержат разные типы молекул, которые могут предоставить информацию о наличии или прогрессировании рака молочной железы.

Как объяснили авторы научной разработки, чтобы измерить содержание нановезикул, сейчас в общей практике используют антитела, выращенные в организме свиней. Этот метод дорогой. Также такой способ требует временных затрат на подготовку анализируемой жидкости. Кроме того, существуют сложности, связанные с нестабильностью антител. Исследователи же предложили альтернативную методику.

— В нашей разработке уровень везикул определяется с помощью фотонных микросенсоров. В них сигналы передаются фотонами — частицами света. Анализируемая жидкость пропускается через трубку очень маленького диаметра. Ее стенка в месте пересечения с волноводом обработана специальными молекулами, которые «хватают» проплывающие мимо везикулы. Их налипание, в свою очередь, влияет на прохождение света по волноводу. Этот эффект можно измерить, — пояснил «Известиям» принцип действия разработки один из авторов аспирант Сколтеха Алексей Кузин.

По его словам, преимущества нового подхода в том, что молекулы, нанесенные на стенки микротрубок для захвата везикул, меньше и дешевле антител, а устройство фотонных чипов — достаточно простое. В перспективе это позволит без значительных затрат наладить их серийное производство. Можно рассчитывать, что внедрение новой методики сделает тестирование рака молочной железы доступнее.

Как сообщил Алексей Кузин, микротрубки в устройстве приспособлены к промывке и повторному нанесению активного слоя сенсора. Поэтому чипы можно использовать неоднократно.

Вместе с тем, как рассказал соавтор разработки, старший научный сотрудник Сколтеха и руководитель лаборатории «Биофотоника» Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии им. В И. Кулакова Василий Чернышев, биомаркеры, подобные везикулам, можно подобрать и для обнаружения других болезней.

Поэтому предложенную методику легко тиражировать. В дальнейшем устройство можно будет применять для параллельной диагностики одновременно нескольких патологий. Также по мере развития технологии для анализа будут использоваться и другие биологические жидкости. Например, моча.

Результаты исследований опубликованы в авторитетном рейтинговом научном журнале, входящем в список Nature Index. Ученые готовят заявку для получения патента на изобретение.

— Диагностика рака молочной железы — это направление, которое активно развивается в российском здравоохранении. Основные преимущества предложенного метода — быстрота получения результата, малый объем анализируемой биологической жидкости и возможность неоднократного использования картриджей, — прокомментировала разработку старший научный сотрудник Лаборатории физиологии кроветворения ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр гематологии» Минздрава РФ Ирина Шипунова.

По ее мнению, простота анализа дает возможность проводить его в ходе рутинных профилактических процедур или диспансеризации. Причем раннее выявление заболевания позволит быстрее начать лечение, что повысит вероятность благоприятного исхода.

Вместе с тем может оказаться, что даже если сам микрочип относительно дешев, прибор-анализатор, в который он будет вставлен, окажется дорог и потребует работы высококлассных специалистов.

— Использование биофотоники для детекции онкомаркеров — в данном случае опухоль-специфичных микровезикул — это перспективное направление. Такие разработки могут увеличить скорость тестирования, — высказал мнение руководитель Центра превосходства «Персонифицированная медицина» Института фундаментальной медицины и биологии Казанского федерального университета Альберт Ризванов.

Однако, как обратил внимание эксперт, везикулы не всегда связаны только с онкологическими заболеваниями. Они постоянно продуцируются всеми клетками, и их количество зависит от состояния организма. Например, оно может варьироваться в течение дня из-за самочувствия человека или из-за того, что он съел. Поэтому применение метода требует внимания, чтобы не получить ложноположительные или ложноотрицательные результаты.

Вместе с тем, добавил Альберт Ризванов, здравоохранение — это инертная область, где зачастую выигрывают не лучшие, а наиболее инфраструктурно удобные решения. Например, такие, которые используют существующую приборную базу и не требуют длительного переобучения сотрудников. Это стоит учитывать при разработке новых методик и оборудования.

Материал взят с сайта iz.ru («Известия»). Освещённое в материале исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда № 23-13-00035 и № 23-79-00056, а также Минобрнауки — № FSME-2022-0008.