Need pisikesed andurid võivad vähi varakult avastada
Uus uurimus kasutab nanosensoreid valkudevaheliste koostoimete tuvastamiseks, mis võivad vähist märku anda. Leiud võivad osutuda eriti kasulikuks lümfotsütaarse leukeemia tuvastamisel palju varem.
Vähk on nii Ameerika Ühendriikides kui kogu maailmas üks peamisi surmapõhjuseid. Riikliku vähiinstituudi andmetel oli kogu maailmas 2012. aastal enam kui 8 miljonit vähiga seotud surmajuhtumit ja 2018. aastal võib USA-s haigusse surra üle 600 000 inimese.
Selle eluohtliku haiguse varajane avastamine on ülioluline ja arstiteadlased töötavad kõvasti vaeva nähes välja võimalikult kiiresti uuemad ja tõhusamad viisid vähi diagnoosimiseks.
Nüüd kasutavad uued uuringud pisikesi sensoreid väheste molekulaarsete muutuste tuvastamiseks, mis võivad viidata vähile.
New Yorgis Syracuse ülikooli kunsti- ja teaduskolledži füüsikaprofessor Liviu Movileanu koos Syracuse füüsika doktorandi Avinash Kumar Thakuriga kirjeldavad ajakirjas ilmuvas artiklis nende nanosensorite rolli. Looduse biotehnoloogia.
Nagu prof Movileanu selgitab, võivad nanosensorid olla eriti kasulikud lümfotsütaarse leukeemia avastamiseks - vähivormiks, mis algab luuüdist ja levib verre.
USA-s juhtub 2018. aastal tõenäoliselt peaaegu 21 000 uut lümfotsütaarse leukeemia juhtumit ja selle tagajärjel võib surra üle 4500 inimese.
Kuidas nanosensorid töötavad
Prof Movileanu laborist pärinevad nanosensorid suudavad tuvastada nn valk-valk vastasmõju (PPI), see tähendab protsesse, mis on rakkude arenguks hädavajalikud.
Niinimetatud interakoom viitab „elusorganismis esineda võivate valkude koostoimete täielikule kaardile“. Interaktoomika - ehk interakoomi kaardistamine, kasutades tipptasemel tehnoloogilisi ja arvutuslikke tehnikaid - on õitsev biofüüsika alaväli, mis uurib nende vastastikmõjude tagajärgi.
PPI-d sõltuvad paljudest teguritest, näiteks raku tüübist, selle arengustaadiumist ja keskkonnatingimustest. Mõni PPI on stabiilne, kuid teine on mööduv.
Näiteks on geeniekspressiooni aktiveerimiseks vajalikud koostoimed või need, mis mõjutavad rakusignaale ja vähirakkude arengut, mööduvad, mis tähendab, et need kestavad ainult umbes millisekundit.
Nende PPIde lühiajaline olemus muudab need praegu saadaolevate meetoditega raskesti tuvastatavaks.
Prof Movileanu laborist pärinevad nanosensorid lähevad sellest takistusest mööda, luues rakumembraanile väikese ava, millest elektrivool läbib.
Kui valgud läbivad neid väikesi avasid või nanopoore, muudavad nad elektrivoolu intensiivsust. Need muutused näitavad iga valgu identsust ja omadusi.
"Ühest valguproovist saadud andmed on tohutud," ütleb doktorikraadi omandanud prof Movileanu. eksperimentaalfüüsikas Rumeenia Bukaresti ülikoolist ning on praegu Syracuse füüsika osakonna biofüüsika ja biomaterjalide uurimisrühma liige.
"Meie nanostruktuurid võimaldavad meil jälgida biokeemilisi sündmusi tundlikul, spetsiifilisel ja kvantitatiivsel viisil," jätkab teadlane. "Pärast saame anda kindla hinnangu ühe valguproovi kohta."
"Üksikasjalikud teadmised inimese genoomist on avanud uue piiri paljude funktsionaalsete valkude tuvastamiseks, mis on seotud lühikese füüsilise seotusega teiste valkudega," jätkab teadlane.
„Nende PPI-de tugevuse olulised häired põhjustavad haigusseisundeid. Nende interaktsioonide mööduva iseloomu tõttu on nende hindamiseks vaja uusi meetodeid. "
Füüsik selgitab ka seda, kuidas tema nanosensorite peenhäälestatud tuvastamismehhanismid võivad aidata vähiga võidelda.
"Kui teame, kuidas raku üksikud osad toimivad, saame välja selgitada, miks rakk kaldub tavapärasest funktsionaalsusest kõrvale kasvajasarnase seisundi poole […] Meie väikesed sensorid võivad biomarkerite skriinimiseks, valkude profileerimiseks ja suurte valkude ulatuslik uurimine [tuntud kui proteoomika]. "
Prof Liviu Movileanu
Prof Movileanu loodab, et tema nanosensorid on eriti kasulikud lümfotsütaarse leukeemia tuvastamiseks - seisund, kus vererakud ei küpse ja surevad tavapärasel viisil, vaid “kogunevad luuüdisse ja suruvad normaalseid terveid rakke välja”.
