В МГУ улучшили экспресс-тестирование биомаркеров мультибиосенсорных систем

Улучшенный вариант наноразмерных мультибиосенсорных систем на основе полупроводниковых наноструктур с кремниевыми каналами-нанопроводами, предназначенных для выявления различных биомаркеров патологий, предложила команда исследователей физического и химического факультетов МГУ, 21 октября сообщила пресс-служба университета.

Пациента для постановки и уточнения диагноза часто направляют на сдачу лабораторных анализов крови. Высокая скорость и точность определения концентрации разных соединений в крови нужна для быстрой постановки диагноза, который необходим для принятия врачом обоснованной тактики лечения и правильного выбора необходимых лекарственных препаратов.

Переход к персонализированной медицине и высокотехнологичному здравоохранению требует создания новых высокочувствительных экспресс-технологий определения в реальном времени низких концентраций определенных биомаркеров патологий (белков, вирусов, нуклеиновых кислот и др.), содержащихся в крови пациента в низких концентрациях.

Группа ученых МГУ уже несколько лет в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина» в сотрудничестве со специалистами Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики проводит работы по созданию наноразмерных мультибиосенсорных систем для определения патологий предстательной и щитовидной желез на ранних стадиях болезни.

Исследователями для повышения чувствительности биосенсорных систем было решено создать специальную среду, сохраняющую биологическую активность специфичных к биомаркерам антител. Для этого они сформировали на поверхности кремния полимерные 3D-матрицы из последовательных слоев разнозаряженных полимеров (полиэтиленимина и полистиролсульфоната).

При наличии соответствующих биомаркеров электрический ток через нанопровод существенно изменялся. Для визуализации взаимодействия антиген-антитело, происходящего внутри полимерной матрицы, исследователям пришлось создать второй клон антител и пометить их наночастицами золота.

Используя методы СЭМ (сканирующая электронная микроскопия) и АСМ (атомно-силовая микроскопия), исследователи провели регистрацию наночастиц на поверхности кремния.

Полученные данные о количестве молекул антител в приповерхностном слое внутри полимерной матрицы и на ее поверхности доказали, что такое их размещение в матрице из разнозаряженных полиэлектролитов обеспечивает «мягкую фиксацию» антител на поверхности нанопровода, которая сохраняет активность их антигенсвязывающих центров.

Кроме того, исследователи установили, что антиген в таких условиях может проникать в полимерную матрицу, оставаясь у поверхностности нанопровода и повышая чувствительность биосенсора.

Заведующий кафедрой физики полупроводников и криоэлектроники, профессор физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук Олег Снигирев пояснил полученные командой исследователей результаты:

«Таким образом, были подобраны оптимальные условия функционирования иммунобиосенсора на основе полевого транзистора для определения простат-специфического антигена (ПСА) — биомаркера рака предстательной железы. Иммунобиосенсор характеризуется очень низким пределом обнаружения ПСА, составляющим 0,04 мкг/мл. Определение биомаркера в одном образце проводится в режиме реального времени в течение нескольких минут».

Он уточнил, что разработанный биосенсор может быть достаточно быстро внедрен в медицинскую практику для экспресс-тестирования. Причем в данном сенсоре фактически можно будет использовать любые антитела, то есть проводить с его помощью диагностику различных болезней и патологических состояний человека.

Результаты работы ученые представили в статье «Сверхчувствительная детекция ПСА с использованием антител в многослойных полиэлектролитных мультислоях на кремниевом нанопроводном полевом транзисторе» (Ultrasensitive Detection of PSA Using Antibodies in Crowding Polyelectrolyte Multilayers on a Silicon Nanowire Field-Effect Transistor), опубликованной в журнале Polymers.