Медицинская диагностика может стать более демократичной, чем когда-либо прежде. ДНК-датчик, созданный исследователями MIT может обнаружить рак и ВИЧ с той же точностью, что и самые передовые лаборатории, но за малую часть стоимости. Как это работает? Золотая полоска, покрытая ДНК, реагирует на наличие заболеваний, изменяя свои электрические свойства. Все это за пять минут, без необходимости в холодильнике или специализированном персонале. Если сегодня нам приходится ждать результатов тестов днями, этот датчик ДНК возвращает нам контроль над нашим здоровьем в режиме реального времени, где бы мы ни находились. Он действительно может изменить наше будущее.
Датчик ДНК, который стоит дешевле кофе
Новое электрохимическое устройство, разработанное командой Ариэль Ферст в Массачусетском технологическом институте — это прорыв в области диагностики на месте оказания медицинской помощи. При себестоимости производства всего 50 центов, Этот ДНК-датчик использует электрод из листового золота, ламинированный на пластик, при этом ДНК закреплена с помощью молекулы на основе серы, называемой тиол. Технология основана на очень эффективном принципе: когда фермент Cas12 семейства CRISPR сталкивается с определенной целью, он активируется и начинает «рубить» окружающую ДНК на электроде. Как объясняет профессор Фурст в статье опубликовано в журнале Датчики ACS: «Если Cas12 активен, это похоже на то, как газонокосилка срезает всю ДНК на вашем электроде, отключая сигнал». Это изменение электрического сигнала считывается портативным устройством, называемым потенциостатом, подтверждая наличие целевого гена.
Настоящее новшество заключается в том, как ДНК-датчик «думает» на молекулярном уровне. Система использует программируемую направляющую РНК, связанную с ферментом Cas12, который может быть разработан для связывания практически с любой последовательностью ДНК или РНК. Когда присутствует цель, она связывается с направляющей РНК и активирует Cas12, который затем неспецифически «разрезает» ДНК, прикрепленную к электроду. В предыдущих версиях ДНК приходилось наносить на электрод незадолго до использования, поскольку она не была стабильной в течение длительного времени. Но исследователи решили эту важную проблему, покрыв ДНК поливиниловым спиртом (ПВС), полимером, который стоит менее цента за покрытие и действует как защитная пленка.
Стабильность, которая меняет все для ДНК-датчика
Самое важное открытие касается долговечности устройства. Полимерное покрытие сохраняет ДНК стабильной в течение как минимум двух месяцев, выдерживает температуру до 65°C. После хранения пленку промывают, и ДНК-датчик по-прежнему может успешно обнаруживать PCA3 — ген рака предстательной железы, присутствующий в моче.
«После высыхания он, по-видимому, образует очень прочный барьер против основных веществ, которые могут повредить ДНК», — отмечает Фурст. Эта стабильность устраняет необходимость в охлаждении и позволяет отправлять датчики в любую точку мира, прокладывая путь для диагностического тестирования в суровых или неидеальных условиях.
Практическое применение
Тест работает с несколькими типами образцов, включая слюну и мазки из носа, и может быть адаптирован для недорогого выявления инфекционных заболеваний, таких как ВПЧ и ВИЧ. В 2021 году лаборатория Фурста уже продемонстрировала эффективность этих датчиков в обнаружении генетического материала ВИЧ и вируса папилломы человека..
Платформа достаточно гибкая, чтобы адаптироваться к новым патогенам, что имеет решающее значение в эпоху быстро меняющихся угроз здоровью. Некоторые члены лаборатории Фурста присоединились к программе акселератора стартапов дельта v в Массачусетском технологическом институте с целью вывести эту технологию из лаборатории на рынок.
На пути к миру без диагностических барьеров
Заявленная цель команды ясна:
«Мы сосредоточены на диагностике, к которой многие люди имеют ограниченный доступ, и наша цель — создать датчик, который можно использовать в точке использования. Людям даже не обязательно находиться в клинике, чтобы использовать его. Вы можете делать это дома», — говорит Фурст.
Это нововведение является частью более широкой панорамы разработок в области молекулярной диагностики., где миниатюризация и демократизация диагностических инструментов переопределяют доступ к медицинской помощи. «Раньше наше ограничение заключалось в том, что нам приходилось производить датчики на месте, но теперь, когда мы можем их защитить, мы можем их отправлять. Нам не нужно использовать охлаждение. Это дает нам доступ к гораздо более сложным или неидеальным условиям для тестирования», — заключает Фурст.
ДНК-датчик за 50 центов, который обещает принести диагностическую точность самых передовых лабораторий прямо в наши дома: настоящее стучится в дверь будущего.
