Нанофотонен сензор диагностицира и оценява доколко е ефективно лечението на рак

Екип изследователи от четири висши училища в Русия създават нанофотонен микрофлуиден сензор, който може да диагностицира, наблюдава и оценява доколко е ефективно лечението на рак.

Изобретението

Учените създават нов хибриден сензор на платформа от силициев нитрид, който разпознава газове и течности с минимална концентрация в разтворите. Създаденото до момента е основа за въвеждането в практиката на един от най-обещаващите методи за ранна диагностика – компактните „лаборатории върху чип“. Те представляват миниатюрни сензорни устройства, които извършват сложен биохимичен анализ.

Устройството се състои от нанофотонни и микрофлуидни части. Нанофотоните са високочувствителни оптични сензори, разположени върху чипа. Микрофлуидите са каналите над тях.

Един от авторите проф. Григорий Голцман, доктор на физико-математическите науки и завеждащ Катедрата по квантова оптика и телекомуникации в Московския институт по електроника и математика, дава подробни обяснения за изобретението: „Нашето изследване е важна крачка в процеса за създаване на компактна „лаборатория върху чип“, която на базата на минимално количество кръв от пациента ще направи пълен кръвен тест и ще диагностицира ракови маркери при това на ранен етап. В идеалния случай ние се стремим към създаването на проста конфигурация. Това ще рече – малко преносимо устройство, върху което се поставя капка кръв. Лекарят натиска бутона „старт“ и получава визуален резултат. Той може да бъде: „Показателите Ви са нормални“ или „Направете допълнителен преглед“.

Устройството и оборудването за неговата работа са обемисти и включват перисталтична помпа, лазер, детектор, чип и персонален компютър, който обработва получените данни.

Екипът продължава работата и смята да направи компактно устройство със сензорен екран за бързо тестване. По този начин ще се намали времето за диагностициране и оценка на ефективността на лечението на рак.

Как ще бъдат анализирани пробите

Течностите или газовете, които биват изпомпвани през каналите, влияят върху разпространението на оптичното излъчване чрез нанофотонни елементи като променят изходните спектрални характеристики.

Точно тези промени позволяват на учените да правят заключения за състава на изследваната проба.

Резултати се получават дори когато пробата е изключително малка като количество. Това е възможно благодарение на конфигурацията на устройството. Става дума за малкия размер на микрофлуидните канали, които са в състояние да доставят проби до най-чувствителните части на устройството.

Както подчертава проф. Григорий Голцман, подобно качество е от решаващо значение, когато анализът не може да се направи на място и се налага пробите да бъдат изпращани в друго населено място.

>>> Мултисензорна система за тестване на урината открива рак на простатата и пикочния мехур в ранен стадий

Кръвта съдържа достатъчно компоненти, които след като бъдат анализирани, дават възможност да се постави предварителна диагноза. Извънклетъчните везикули играят точно такава роля.

„Клетките контактуват помежду си и затова им помагат извъклетъчните везикули, които играят ролята на sms. Много често заради вътрешни фактори като генетичната предразположеност или външни като околна среда, качество на въздуха, радиация, режимът на работа на клетката се нарушава. Вследствие на това тя започва да изпаща грешни sms-и. Така провокира неконтролирано делене на клетките и развитие на тумори.

В ранния стадий на развитие на рака броят на екзозомите в кръвта се увеличава значително и това е сигнал за наличие на заболяване“, обяснява фаталните за човешкото тяло процеси проф. Дмитрий Горин от Института за наука и технологии „Сколтех“.

Екипът ще приложи този начин на диагностика, след като приключи окончателно работата по устройството.

Изследването

До този момент учените правят експерименти не с кръвни проби, а върху модел. Сензорът е тестван върху различни концентрации на изопропилов алкохол във вода. Представени са 20 различни концентрации.

Тъй като алкохолът е силно разтворим във вода, това прави възможно изследването на разтвори с ниски начални концентрации. Затова устройството открива алкохол в разтвор, в който 12 молекули алкохол са разтворени в 1 000 000 молекули вода. В момента приборът работи само с двукомпонентни разтвори.

Екипът планира да започне анализи и в сложни и многокомпонентни състави като модифицира повърхността на сензорите със специални рецептори като антитела, пептиди, аптамери.

>>> Наночастици, в които са прикрепени молекули, проникват в мозъка и унищожават раковите клетки

Създаването на устройство, което ще позволи ранното откриване на рака е важна стъпка в битката със заболяване, което отнема живота на милиони хора по света. Данните на СЗО показват, че 19 300 000 души са се разболели от рак през 2020-а. От тях битката с болестта са загубили 10 000 000. В същото време, казват здравните експерти, над една трета от случаите могат да бъдат предотвратени, а още толкова излекувани напълно, ако ракът бъде открит в ранен стадий.

Статия с информация за устройството и анализ на осъществените тестове е публикувана в Optics Letters.

За екипа

Хибридният сензор, който открива рак в ранен стадий, е дело на екип учени от Московския институт по електроника и математика „А. Н. Тихонов“, който е част от Националния изследователски университет „Висша школа по икономика“, Московския държавен педагогически университет, Университета по наука и технологии и Сколовския институт по наука и технологии „Сколтех“.