Новый тип наночастиц, открытый учеными из США, может значительно усилить сигналы от нескольких отдельных биомаркеров одновременно, точно выявляя рак головы и шеи без биопсии. Об этом сообщает портал Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Исследователи из Университета Дьюка (частного исследовательского центра в Дареме, штат Северная Каролина, США) разработали уникальный тип наночастиц, названный ими nanorattles («нанопогремушки»), который значительно усиливает свет, излучаемый изнутри его внешней оболочки.
Нагруженный светорассеивающими красителями, называемыми рамановскими репортерами, которые обычно используются для обнаружения биомаркеров заболеваний в органических образцах, эти частицы могут усиливать и обнаруживать сигналы от отдельных типов нанозондов без необходимости использования дорогостоящего оборудования или медицинского работника для считывания результатов.
В небольшом испытательном исследовании нанопогремушки точно идентифицировали рак головы и шеи с помощью устройства для оказания медицинской помощи с поддержкой ИИ, которое может революционизировать методы обнаружения этих видов рака и других заболеваний в районах мира с ограниченными ресурсами здравоохранения.
«Наша группа разработала новый тип зонда с точно настраиваемым зазором между внутренним ядром и внешней оболочкой, что позволяет нам загружать несколько типов рамановских репортеров и усиливать их излучение света, называемое поверхностно-усиленным рамановским рассеянием», – сказал Туан Во-Динь, заслуженный профессор биомедицинской инженерии Университета Дьюка.
Для создания нанопогремушки исследователи начинают с твердой золотой сферы шириной около 20 нанометров. После выращивания слоя серебра вокруг золотого сердечника для создания более крупной сферы (или куба) они используют процесс коррозии, называемый гальванической заменой, который выдалбливает серебро, создавая клеточную оболочку вокруг сердечника.
Затем структура вымачивается в растворе, содержащем положительно заряженные рамановские репортеры, которые втягиваются во внешнюю клетку отрицательно заряженным золотым ядром. Наконец, внешние корпуса покрывают чрезвычайно тонким слоем золота, чтобы запереть внутри рамановские анализаторы.
В результате получается наносфера (или нанокуб) шириной около 60 нанометров с архитектурой, напоминающей погремушку – золотое ядро, заключенное в более крупную внешнюю серебряно-золотую оболочку. Разрыв между ними составляет всего несколько нанометров, что достаточно для того, чтобы вместить рамановские репортеры.
Поскольку поверхности золотого ядра и внешней оболочки из золота/серебра расположены близко друг к другу, лазер также возбуждает группы электронов на металлических структурах, называемые плазмонами. Эти группы электронов создают чрезвычайно мощное электромагнитное поле, которое усиливает свет, излучаемый носителями комбинационного рассеяния, в миллионы раз.
Во-Динь и его сотрудники применили технологию нанопогремушек к устройству «лаборатория на палочке», способному точно обнаруживать рак головы и шеи, который появляется в любом месте между плечами и мозгом, обычно во рту, носу и горле. Выживаемость при этих видах рака колеблется между 40 и 60 процентами на протяжении десятилетий.
«В условиях ограниченных ресурсов эти виды рака часто проявляются на поздних стадиях и приводят к плохим результатам, отчасти из-за ограниченного оборудования для обследования, нехватки обученных медицинских работников и практически отсутствия программ скрининга. Возможность более раннего обнаружения этих видов рака должна привести к более раннему лечению и улучшению результатов», – сказал Уолтер Ли, профессор радиационной онкологии в Университете Дьюка и соавтор данного исследования.
Прототип устройства использует определенные генетические последовательности, которые действуют как липучки для биомаркеров – специфической мРНК, которая чрезмерно распространена у людей с раком головы и шеи. Когда такая мРНК присутствует, она действует как привязь, которая связывает нанопогремушки с магнитными шариками.
Таким образом, исследователи могут использовать простое недорогое портативное устройство для поиска света, излучаемого нанопогремушками, чтобы увидеть, были ли обнаружены какие-либо биомаркеры. В экспериментах тест определил, были ли 20 образцов получены от пациентов с раком головы и шеи со 100-процентной точностью.
Эксперименты также показали, что платформа nanorattle способна обрабатывать несколько типов нанозондов благодаря алгоритму машинного обучения, который может разделять отдельные сигналы, то есть они могут нацеливаться на несколько биомаркеров одновременно.