Блог

Jul 27, 2023

Этот датчик имитирует естественную функцию клеточной мембраны.

8 августа 2023 г. Автор: Шон Вули Команда под руководством исследователей Массачусетского технологического института разработала датчик, который может помочь выявить трудно диагностируемые виды рака или метастатические опухоли. [Изображение предоставлено исследователями/MIT]

8 августа 2023 г. Автор: Шон Вули

Команда под руководством исследователей Массачусетского технологического института разработала датчик, который может помочь выявить трудно диагностируемые виды рака или метастатические опухоли. [Изображение предоставлено исследователями/MIT]

Прототип датчика может обнаруживать иммунную молекулу под названием CXCL 12. Они говорят, что это может помочь разработать рутинную систему скрининга трудно диагностируемых видов рака или метастатических опухолей. Согласно пресс-релизу Массачусетского технологического института, эту технологию можно также использовать в качестве биомиметического электронного «носа».

«Мы надеемся разработать простое устройство, которое позволит вам проводить тестирование в домашних условиях с высокой специфичностью и чувствительностью», — сказал Шугуан Чжан, главный научный сотрудник Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института. «Чем раньше вы обнаружите рак, тем лучше будет лечение, поэтому ранняя диагностика рака — это одно из важных направлений, которым мы хотим заниматься».

Команда черпала вдохновение в мембране, окружающей все клетки. Эти клеточные мембраны содержат тысячи рецепторных белков, способных обнаруживать молекулы в окружающей среде. Команда Массачусетского технологического института модифицировала белки, чтобы они выживали вне мембраны, закрепив их в слое кристаллизованных белков на графеновых транзисторах. При обнаружении целевой молекулы транзисторы передают информацию на компьютер или смартфон.

Команда утверждает, что датчик потенциально может работать для анализа любой жидкости организма, например крови, слез или слюны. Он также мог одновременно проверять разные цели.

«Мы выявляем критически важные рецепторы биологических систем и прикрепляем их к биоэлектронному интерфейсу, что позволяет нам собирать все эти биологические сигналы, а затем преобразовывать их в электрические выходные данные, которые можно анализировать и интерпретировать с помощью алгоритмов машинного обучения», — сказал Руй Цин, бывший Ученый-исследователь Массачусетского технологического института и ныне доцент Шанхайского университета Цзяо Тонг.

Цин и аспирант Мантянь Сюэ стали авторами исследования датчиков, опубликованного в журнале Science Advances. Чжан, Томас Паласиос и Уве Слейтр были старшими авторами.

Команда заявляет, что ее подход направлен на создание датчиков на основе рецепторных белков, обнаруженных в клеточных мембранах. Однако с ними может оказаться сложно работать, поскольку после удаления они сохраняют структуру только в том случае, если их суспендируют в моющем средстве.

Чжан, Цин и другие ранее нашли способ превращать гидрофобные белки в водорастворимые белки. Они заменили гидрофобные аминокислоты на гидрофильные с помощью метода, называемого кодом QTY.

«Люди пытались использовать рецепторы для восприятия на протяжении десятилетий, но их широкое использование затруднено, поскольку рецепторам требуется моющее средство, чтобы поддерживать их стабильность. Новизна нашего подхода заключается в том, что мы можем сделать их водорастворимыми и производить их в больших количествах и недорого», — сказал Чжан.

Чжан и Слейтр работали над прикреплением к поверхности водорастворимых версий рецепторных белков. Эти белки S-слоя при кристаллизации образуют на поверхности когерентные мономолекулярные массивы. Они также могут сливаться с другими белками, такими как антитела или ферменты, как ранее доказал Слейтр. Команда во главе со старшим научным сотрудником Андреасом Брейтвизером использовала белки для создания плотного иммобилизованного листа водорастворимой версии рецепторного белка под названием CXCR4. Он связывается с CXCL 12, который играет свою роль в таких заболеваниях человека, как рак. Он также связывается с гликопротеином оболочки ВИЧ, ответственным за проникновение вируса в клетки человека.

Команда назвала свою сенсорную технологию RESENSA (Receptor S-layer Electrical Nano Sensing Array).

«Мы используем эти системы S-слоев, чтобы позволить всем этим функциональным молекулам прикрепляться к поверхности в мономолекулярном массиве с очень четко определенным распределением и ориентацией», — говорит Слейтр. «Это похоже на шахматную доску, на которой можно очень точно расставить разные фигуры».

Исследователи Массачусетского технологического института прикрепили свой S-слой к чипу с помощью транзисторных матриц на основе графена. Сюэ адаптировал чип для покрытия двойным слоем белков. Когда молекула-мишень связывается с рецептором, заряд мишени меняет электрические свойства графена.