Китайские ученые разработали устройство для выявления рака по капле крови

Китайские учёные из университета Сиху в Ханчжоу разработали портативное устройство, способное выявлять биомаркеры ранних стадий рака по одной капле крови с точностью до 94,9%, сообщает гонконгская газета South China Morning Post (SCMP).

По словам руководителя группы Вэнь Ляоюна, уже в ближайшем будущем одной капли крови может быть достаточно для скрининга рака на ранней стадии. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Photonics.

«Эта работа создаёт масштабируемую и надёжную парадигму нанофотонного биосенсинга для миниатюрной высокоэффективной диагностики в клинических, удалённых и домашних условиях», — написал Вэнь во введении к статье.

Исследования Вэня сосредоточены на новых многокомпонентных наноструктурированных материалах и их многофункциональных применениях.

Традиционное оборудование для выявления биомаркеров рака в крови требует использования призм, спектрометров и сложных оптических систем. Такие аппараты обычно имеют размеры двухдверного холодильника и поэтому используются только в лабораториях или специализированных центрах тестирования.

Команда Вэня применила механизм, называемый Q-модулированным рефрактометрическим сенсингом, чтобы уменьшить устройство до портативного формата. В отличие от традиционной спектроскопии, которая анализирует длину световой волны, этот механизм измеряет интенсивность света.

Исследователи создали трёхмерный чип с использованием метаматериалов — специально разработанных поверхностей, которые управляют светом способами, недоступными природным материалам.

Разработка основана на результатах исследования, опубликованного в прошлом году в журнале Nature Materials, где команда использовала алюминий для высокоточного производства во всём диапазоне масштабов — от нано- до макроуровня.

Традиционные оптические чипы на основе метаповерхностей создаются методом электронной литографии — процессом, похожим на переписывание книги слово за словом. Это делает массовое производство сложным, а стоимость каждого чипа достигает сотен долларов США.

Команда Вэня фактически перевела производство чипов из эпохи «ручного переписывания книг» в эпоху «печатного станка». Создав мастер-образец и затем наладив массовое производство, исследователи смогли печатать тысячи одинаковых чипов одновременно на восьмидюймовой пластине, снизив стоимость каждого чипа до 5 долларов.

Поскольку новая система измеряет только интенсивность света, вся диагностическая установка может быть чрезвычайно простой и состоять лишь из трёхмерного сенсорного чипа BIC, светодиодного источника света и фотодетектора. После сборки устройство становится достаточно компактным для использования дома без необходимости лабораторных условий.

Чтобы продемонстрировать возможности системы, Вэнь сотрудничал с Xiamen University для выявления малых внеклеточных везикул (sEV), связанных с раком лёгких.

Для демонстрации возможностей системы, команда Вэнь Ляоюна сотрудничала с университетом Сямэнь, чтобы выявить малые внеклеточные везикулы sEV, связанные с раком легких. Такие sEV являются важными биомаркерами при жидкостной биопсии, однако на ранних стадиях заболевания их концентрация настолько мала, что традиционные методы обнаружения часто оказываются недостаточно чувствительными.

Портативное устройство Вэня оказалось примерно в 10 000 раз чувствительнее стандартного иммуноферментного анализа Elisa при выявлении биомаркеров раннего рака лёгких.

В испытаниях с участием 171 образца сыворотки крови пациентов с раком лёгких устройство продемонстрировало высокую эффективность: точность выявления раннего рака лёгких достигла 94,9%, а послеоперационного мониторинга — 92,1%. Для сравнения, традиционный метод Elisa обеспечивал точность лишь 74,7%.

Согласно исследованию, платформа может использоваться не только для диагностики опухолей.

«Микро- и нано-производственные технологии как ключевая основа современного информационного общества уже широко применяются в областях взаимодействия оптических, электрических и магнитных сигналов и становятся важной движущей силой цифровой и интеллектуальной трансформации», — отметил Вэнь.

Следите за NEWS.am Medicine на Facebook и Twitter