Атомно-силовую микроскопию приспособили для диагностики рака

Атомно-силовую микроскопию приспособили для диагностики рака

Швейцарские ученые разработали наномеханический датчик для быстрой и простой диагностики формы меланомы. Принцип его работы напоминает атомно-силовой микроскоп. Отчет о работе опубликован в журнале Nano Letters.

Меланома — это злокачественное новообразование из пигментных клеток (меланоцитов). Она представляет собой наиболее опасную форму рака кожи, ежегодно поражающую более 200 тысяч и уносящую жизни более 50 тысяч жителей Земли. Примерно в половине случаев в клетки опухоли носят мутацию гена BRAF, обозначаемую BRAFV600E. В последние годы были разработаны биопрепараты (такие как вемурафениб), селективно ингибирующие мутантную форму белка. Они продлевают жизнь пациентов эффективнее и с меньшим количеством побочных эффектов, чем обычная химиотерапия, но их назначение требует точной диагностики формы меланомы. В настоящее время BRAFV600E выявляют методом ПЦР биоптата в реальном времени с последующим секвенированием ДНК. Такая диагностика занимает много времени, дорого стоит и часто приводит к ложноположительным результатам.

Чтобы упростить диагностику мутации, сотрудники Университетов Базеля и Лозанны разработали датчик с набором титаново-золотых кантилеверов (микроэлектромеханических зондов), которые аналогичны применяемым в атомно-силовой микроскопии. На поверхности этих зондов ковалентно связаны самособирающиеся слои небольших одноцепочечных ДНК из 18 нуклеотидов, которые комплементарны участкам РНК опухоли, содержащими искомую мутацию (РНК выбрали для диагностики, поскольку в клетке ее содержится больше, а также гетеродимер РНК/ДНК оказывает на зонд большее давление, чем гомодимер ДНК/ДНК). Контрольные зонды содержат слои олигонуклеотидов, комплементарных обычной форме BRAF, а также неспецифичные последовательности полиаденозилцитозина.

При нанесении на датчик специально подготовленной РНК из биоптатов пациента ее фрагменты с мутацией гибридизуются с соответствующими олигонуклеотидами. Возникающие стерические и ионные силы отклоняют кантилеверы, и по степени этого отклонения можно судить о присутствии мутантного гена, обычного его варианта или их обоих (одна и та же опухоль может содержать клетки с разными типами BRAF).

Эксперименты с клеточными линиями показали, что методика способна выявлять BRAFV600E, если его доля составляет хотя бы пять процентов от всех копий гена в образце. В пилотном клиническом испытании с участием девяти пациентов диагностическая система смогла выявить мутантные образцы опухолей с точностью, не уступающей традиционной методике. При этом для проведения анализа не требуются ПЦР-амплификация или использование меченых молекул, а в качестве материала подходят как свежие, так и зафиксированные формалином или парафином образцы тканей.

Руководителем работы стал Кристоф Гербер — один из разработчиков атомно-силовой микроскопии (за это ему с соавторами в 2016 году присудили Премию Кавли в области нанонаук). «Тридцать лет назад мы не могли предвидеть, что наша технология однажды придет в клинику для нужд персонализированной медицины», — сказал он.

Исследователи отмечают, что разработанная методика может послужить для диагностики других опухолей и мутаций. К настоящему времени лаборатории Гербера удалось применить ее для анализа взаимодействия антигенов с антителами, ДНК с факторами транскрипции и антибиотиков с бактериями. Кроме того, ее адаптировали для изучения транскрипционной активности генов и функций трансмебранных белков.

Атомно-силовая микроскопия (модификация сканирующей туннельной микроскопии, созданная в 1982 году) позволяет с помощью кантилевера анализировать рельеф поверхностей с разрешением от нанометров до единичных атомов. Этот метод исследования широко применяется в физике, химии, биологии и смежных дисциплинах.

Олег Лищук

N+1

Похожие новости:
Лазеры увеличили чувствительность микроскопов в 20 раз
Благодаря лазерам чувствительность электронных микроскопов выросла в 20 раз. Теперь эти устройства смогут «ощутить» вес даже одного-единственного вируса (он примерно в 100 миллиардов раз легче комара). О новом изобретении сообщается в журнале Nature Communications. Атомно-силовые микроскопы собирают информацию о рельефе измеряемой поверхности ..
2014-08-18 1661 0 Технология
0
Магнитную информацию записали в индивидуальную молекулу
Ученые показали, что благодаря использованию органической оболочки носителями магнитной информации могут быть индивидуальные атомы железа. Работа опубликована в журнале Nature Communication, ее краткое содержание приводится на сайте Технологического института в Карсшуле. Современные технологии записи на магнитные носители ..
2012-07-5 1813 0 Технология
0
Ученые создали новую технологию микроскопии
Исследователи из университета Пурду создали новую технологию получения микроскопических изображений, в которой были объединены преимущества двух существующих технологий, атомно-силовой микроскопии (atomic force microscope, AFM) и ядерного магнитного-резонансного сканирования (nuclear magnetic resonance imaging, NRMI). "Представьте ..
2013-05-5 1621 0 Технология
0
Разработан метод получения одноатомной микроэлектроники
Группа исследователей из университета Северной Каролины в США описала на страницах журнала Scientific Reports метод, который, по словам авторов, может применяться при создании микроэлектронных устройств толщиной в несколько атомов. Новая технология получения полупроводниковых слоев из сульфида молибдена схожа ..
2013-05-24 2005 0 Технология
0
Механические наносенсоры помогут обнаружить внеземную жизнь
Швейцарские ученые разработали датчик, который, отслеживая наноразмерные вибрации, способен определять их принадлежность живым существам. Такие сенсоры найдут применение на марсоходах и других аппаратах, ищущих признаки жизни на далеких планетах. Результаты своих исследований авторы опубликовали ..
2015-01-02 7027 0 Технология
1
Солнечная энергетика на наноантеннах стала ближе
Брайан Уиллис (Brian Willis, на фото) из Коннектикутского университета (США) применил атомно-слоевое осаждение для создания массива выпрямляющих наноантенн, точнее — ректенн, предназначенных для давно теоретически обсуждавшихся «солнечных батарей высокой эффективности». Напомним, что КПД солнечных кремниевых батарей не может ..
2013-02-7 3216 0 Технология
0
Ученые создали молекулу в форме олимпийских колец
Британским ученым удалось синтезировать и сфотографировать молекулу, форма которой напоминает пять олимпийских колец. Новая молекула, длина которой составляет немногим больше одной миллиардной метра, получила название "олимпицен" – в силу своей уникальной формы. Проект осуществили ..
2012-05-30 2777 0 Технология
0
Ученые нашли метод изготовления дешевых полупроводников
Группа инженеров Университета Северной Каролины обнаружили, что укладка материалов толщиной в один атом может создать полупроводник, который эффективно осуществляет перенос заряда, несмотря на несоответствие кристаллических структур материалов. Технологическое решение американских ученых позволит снизить стоимость ..
2014-12-11 6723 0 Технология
1
Ученые создают беcшумный водный двигатель
Наряду с извивающимися щупальцами, осьминоги и кальмары «щеголяют» еще одной своей интересной особенностью — они плавают, не размахивая хвостом, а выталкивая струю воды. Это позволяет им двигаться очень быстро и тихо. Ученые из института «Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation» (Германия) ..
2013-07-7 2497 0 Технология
0
Электронные устройства уменьшат до размеров атома
В попытке помочь уменьшить размер электронных устройств до атомных размеров, исследователи из Корнельского университета и Брукхейвенской национальной лаборатории показали, как преобразовать определенный оксид переходного металла из металла в диэлектрик за счет уменьшения его размеров до толщины менее одного нанометра. В работе, ..
2014-04-21 1861 0 Технология
0
Новая швейцарская микросхема легко оборачивается вокруг волоса
Исследователи из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе (ETH Zurich) создали прозрачную гибкую электронную схему, которая настолько мала, что может уместиться на поверхность контактной линзы или её можно обернуть вокруг человеческого волоса. Команда разработчиков во главе с доктором ..
2014-01-10 1952 0 Технология
0
Ученые научились взвешивать атомы с помощью микроскопа
Австрийские ученые разработали методику, позволяющую определять изотопное распределение химических элементов в материале с помощью метода просвечивающей растровой электронной микроскопии. К настоящему моменту авторы опробовали новый метод только на образцах графена, но в дальнейшем планируют применить его для исследования других двумерных объектов. Ученые утверждают, ..
2016-10-13 14176 0 Технология
0
Уникальную непромокаемую ткань создали в Беларуси
Начальник отдела рекламы ОАО “Могилевский текстиль” Юлия Антоненко, демонстрируя качества новой ткани, пролила на нее воду. И влага сбежала, нисколько не намочив нитяную основу.— Все дело в специальной обработке и нанесении ламинированного мембранного покрытия на материал, — объяснила она. ..
2011-11-10 2792 0 Технология
0
Больше энергии с меньшими затратами
С каждым годом потребление электроэнергии, как ожидается, будет подниматься примерно на 1 процент в год до 2030 года, а доля электроэнергии, которая проходит через силовую электронику поднимется на 80 процентов за тот же период. «Глобальное потребление электроэнергии растет в два раза быстрее, и рынок предлагает все более широкие ..
2014-08-15 2746 0 Технология
0
Биоинженеры собрали оптическую призму из частиц вирусов
Американские биоинженеры превратили спиральные частицы вирусов в кубики "Лего", из которых они собрали ряд объектов, в том числе и плоскую призму, которая расщепляет свет благодаря структуре, похожей по своему устройству на лапшу быстрого приготовления, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature ..
2011-10-20 2557 0 Технология
0