Тест на смертельную болезнь — теперь проще, чем заварить чай. С вас — всего 50 центов и 2 минуты
NewsMakerНе хотите пропустить рак или ВИЧ? Вот что придумали учёные.
Представьте ситуацию: опасное заболевание вроде рака или ВИЧ можно выявить прямо дома, потратив при этом меньше, чем на поездку в общественном транспорте. Учёные Массачусетского технологического института сделали к этому шаг ближе — они разработали компактный одноразовый сенсор на основе ДНК, способный точно обнаруживать признаки болезни и сохранять работоспособность даже без холодильника в течение нескольких недель.
Основой устройства стала технология электрохимического анализа. Прибор использует фермент, заимствованный из системы редактирования генов CRISPR , но применённый здесь не для изменения генома, а для точной диагностики.
Принцип его действия можно сравнить с работой газонокосилки, только вместо травы разрушаются участки ДНК . Как только фермент сталкивается с целевой молекулой, например, фрагментом генетического материала, связанным с онкологией, он активируется и начинает разрезать окружающие нити ДНК, расположенные на поверхности сенсора. Эти изменения приводят к сдвигу электрического сигнала, что и позволяет зафиксировать присутствие заболевания.
Ранее подобные датчики сталкивались с серьёзным ограничением: защитное покрытие из ДНК быстро разрушалось, поэтому устройства приходилось готовить непосредственно перед использованием. Кроме того, требовалось постоянное хранение при низкой температуре, что затрудняло применение вне лабораторий.
Инженеры из MIT нашли простое и доступное решение. Они применили полимерное покрытие, которое стабилизирует структуру ДНК минимум на два месяца даже при высокой температуре окружающей среды. Основа защитного слоя — поливиниловый спирт, хорошо известный недорогой полимер, который образует тончайшую плёнку.
Эксперименты подтвердили эффективность такого подхода. Даже после двухмесячного хранения при температуре около 65 градусов Цельсия устройства сохраняют работоспособность. После удаления защитного слоя сенсоры уверенно обнаруживали биомаркер PCA3 — ген, связанный с развитием рака предстательной железы. Причём для анализа использовался образец мочи, что значительно упрощает весь процесс для человека.
Стоимость изготовления одного такого сенсора составляет всего 50 центов. Это открывает возможность массового производства устройств, которые можно использовать для диагностики различных заболеваний там, где доступ к медицинским лабораториям ограничен.
Конструкция прибора достаточно проста. В его основе — тонкая полоска из сусального золота, покрытая ДНК, закреплённая на пластиковом основании. Для прочного соединения молекул с металлом используется соединение на основе серы, называемое тиолом.
Сама идея создания таких сенсоров появилась у команды MIT ещё в 2021 году. Тогда датчики уже умели обнаруживать фрагменты генетического материала вирусов, включая ВИЧ и вирус папилломы человека. За активацию системы отвечал фермент Cas12 — родственник широко известного Cas9, также входящего в арсенал CRISPR .
Как только нужный генетический фрагмент попадал в зону действия сенсора, фермент запускал цепную реакцию: окружающие нити ДНК разрушались, что приводило к изменению электрического сигнала. Для фиксации результата использовался портативный прибор — потенциостат, который отслеживает электрические колебания. Если фермент начинал активную работу, это сигнализировало о наличии заболевания.
Однако прежние версии сенсора требовали сложной подготовки: покрытие из ДНК приходилось наносить незадолго до использования, что ограничивало мобильность технологии. Новая защитная плёнка из полимера решила эту проблему, обеспечив сохранность молекул даже в неблагоприятных условиях.
Слой полимера надёжно изолирует чувствительные компоненты от разрушительного воздействия факторов окружающей среды. Особую угрозу представляют активные формы кислорода, способные повреждать как сами молекулы ДНК, так и разрушать связь с золотым основанием, что делало устройство непригодным для диагностики.
После высыхания защитная плёнка создаёт плотный барьер, предохраняющий устройство от внешнего влияния. Для активации достаточно промыть поверхность сенсора, чтобы удалить полимер, после чего устройство готово к эксплуатации.
Устройство показало универсальность и в плане применяемых биологических образцов. Сенсоры успешно работают с разными типами материалов, включая слюну и мазки из носоглотки. Это даёт возможность использовать их для выявления не только онкологических маркеров, но и инфекций, включая ВИЧ и вирус папилломы.
Гибкость конструкции позволяет быстро адаптировать сенсоры для поиска новых патогенов. Использование программируемых направляющих РНК даёт возможность настраивать устройство под конкретную угрозу, что особенно актуально в условиях распространения новых инфекций.
Чтобы ускорить внедрение технологии за пределами научных лабораторий, команда профессора Ариэль Фёрст присоединилась к стартап-акселератору delta v при MIT. Благодаря стабилизации устройства вне холодильников появилась возможность доставлять сенсоры в удалённые регионы и зоны с ограниченной инфраструктурой.
Учёные уже планируют провести полевые испытания устройства для проверки его работы на реальных образцах и при выявлении различных заболеваний. Массовое производство сенсоров и их транспортировка без необходимости охлаждения значительно расширяют возможности диагностики в сложных условиях.
Разработка была подробно описана в статье, опубликованной 30 июня в журнале ACS Sensors. Работа исследователей из MIT демонстрирует, как современные технологии могут кардинально изменить подход к медицинской диагностике, делая её доступной не только в клиниках, но и там, где медицинская помощь пока остаётся дефицитом.
Представьте ситуацию: опасное заболевание вроде рака или ВИЧ можно выявить прямо дома, потратив при этом меньше, чем на поездку в общественном транспорте. Учёные Массачусетского технологического института сделали к этому шаг ближе — они разработали компактный одноразовый сенсор на основе ДНК, способный точно обнаруживать признаки болезни и сохранять работоспособность даже без холодильника в течение нескольких недель.
Основой устройства стала технология электрохимического анализа. Прибор использует фермент, заимствованный из системы редактирования генов CRISPR , но применённый здесь не для изменения генома, а для точной диагностики.
Принцип его действия можно сравнить с работой газонокосилки, только вместо травы разрушаются участки ДНК . Как только фермент сталкивается с целевой молекулой, например, фрагментом генетического материала, связанным с онкологией, он активируется и начинает разрезать окружающие нити ДНК, расположенные на поверхности сенсора. Эти изменения приводят к сдвигу электрического сигнала, что и позволяет зафиксировать присутствие заболевания.
Ранее подобные датчики сталкивались с серьёзным ограничением: защитное покрытие из ДНК быстро разрушалось, поэтому устройства приходилось готовить непосредственно перед использованием. Кроме того, требовалось постоянное хранение при низкой температуре, что затрудняло применение вне лабораторий.
Инженеры из MIT нашли простое и доступное решение. Они применили полимерное покрытие, которое стабилизирует структуру ДНК минимум на два месяца даже при высокой температуре окружающей среды. Основа защитного слоя — поливиниловый спирт, хорошо известный недорогой полимер, который образует тончайшую плёнку.
Эксперименты подтвердили эффективность такого подхода. Даже после двухмесячного хранения при температуре около 65 градусов Цельсия устройства сохраняют работоспособность. После удаления защитного слоя сенсоры уверенно обнаруживали биомаркер PCA3 — ген, связанный с развитием рака предстательной железы. Причём для анализа использовался образец мочи, что значительно упрощает весь процесс для человека.
Стоимость изготовления одного такого сенсора составляет всего 50 центов. Это открывает возможность массового производства устройств, которые можно использовать для диагностики различных заболеваний там, где доступ к медицинским лабораториям ограничен.
Конструкция прибора достаточно проста. В его основе — тонкая полоска из сусального золота, покрытая ДНК, закреплённая на пластиковом основании. Для прочного соединения молекул с металлом используется соединение на основе серы, называемое тиолом.
Сама идея создания таких сенсоров появилась у команды MIT ещё в 2021 году. Тогда датчики уже умели обнаруживать фрагменты генетического материала вирусов, включая ВИЧ и вирус папилломы человека. За активацию системы отвечал фермент Cas12 — родственник широко известного Cas9, также входящего в арсенал CRISPR .
Как только нужный генетический фрагмент попадал в зону действия сенсора, фермент запускал цепную реакцию: окружающие нити ДНК разрушались, что приводило к изменению электрического сигнала. Для фиксации результата использовался портативный прибор — потенциостат, который отслеживает электрические колебания. Если фермент начинал активную работу, это сигнализировало о наличии заболевания.
Однако прежние версии сенсора требовали сложной подготовки: покрытие из ДНК приходилось наносить незадолго до использования, что ограничивало мобильность технологии. Новая защитная плёнка из полимера решила эту проблему, обеспечив сохранность молекул даже в неблагоприятных условиях.
Слой полимера надёжно изолирует чувствительные компоненты от разрушительного воздействия факторов окружающей среды. Особую угрозу представляют активные формы кислорода, способные повреждать как сами молекулы ДНК, так и разрушать связь с золотым основанием, что делало устройство непригодным для диагностики.
После высыхания защитная плёнка создаёт плотный барьер, предохраняющий устройство от внешнего влияния. Для активации достаточно промыть поверхность сенсора, чтобы удалить полимер, после чего устройство готово к эксплуатации.
Устройство показало универсальность и в плане применяемых биологических образцов. Сенсоры успешно работают с разными типами материалов, включая слюну и мазки из носоглотки. Это даёт возможность использовать их для выявления не только онкологических маркеров, но и инфекций, включая ВИЧ и вирус папилломы.
Гибкость конструкции позволяет быстро адаптировать сенсоры для поиска новых патогенов. Использование программируемых направляющих РНК даёт возможность настраивать устройство под конкретную угрозу, что особенно актуально в условиях распространения новых инфекций.
Чтобы ускорить внедрение технологии за пределами научных лабораторий, команда профессора Ариэль Фёрст присоединилась к стартап-акселератору delta v при MIT. Благодаря стабилизации устройства вне холодильников появилась возможность доставлять сенсоры в удалённые регионы и зоны с ограниченной инфраструктурой.
Учёные уже планируют провести полевые испытания устройства для проверки его работы на реальных образцах и при выявлении различных заболеваний. Массовое производство сенсоров и их транспортировка без необходимости охлаждения значительно расширяют возможности диагностики в сложных условиях.
Разработка была подробно описана в статье, опубликованной 30 июня в журнале ACS Sensors. Работа исследователей из MIT демонстрирует, как современные технологии могут кардинально изменить подход к медицинской диагностике, делая её доступной не только в клиниках, но и там, где медицинская помощь пока остаётся дефицитом.