ЕФЕКТИВНО УЛАВЯНЕ НА КЛЕТКИ ПОСРЕДСТВОМ ГРАФЕНОВИ ЛИСТИ. НОВ МЕТОД ЗА ДИАГНОСТИКА НА ЕДИНИЧНИ КРЪВНИ КЛЕТКИ

Credit: MIT
Credit: MIT

Масачусетският технологичен институт, MIT и Националният университет Циао Тунг изработиха нов метод, който прави възможно улавянето и анализа на отделни клетки от малки проби кръв. Този метод има потенциала да бъде използван почти навсякъде като евтина система за диагностика.

Новата система е базирана на специално третирани листи от графенов оксид и може да доведе до производството на различни прости уреди за по 5 долара всеки, които да изпълняват различни чувствителни диагностични тестове дори на места, далеч от приспособените медицински помещения.

Материалът, който е използван в това изследване, е окислената форма на 2-D версията на чистия въглерод, известен още като графен. Графенът придоби популярност сред изследователите през последното десетилетие, заради уникалните си механични и електрически характеристики. Ключът към новия процес е затоплянето на графеновия оксид до сравнително умерени температури. Тази нискотемпературна хибридизация, както е известна, позволява на определени съединения да сформират връзки с повърхността на материала. Съединенията, от своя страна, селективно се прикачват към молекули като ДНК, протеини или дори цели клетки. Веднъж уловени, тези молекули или клетки могат да бъдат подложени на редица тестове.

Други изследователи също са опитвали да изработят системи за диагностика с графенов оксид за улавяне на определени клетки или молекули, но при тях материалът не е преминавал никаква обработка. Въпреки десетилетие на изследвания, другите опити разчитат на външни модификации за подобряване на ефективността, като моделиране на повърхността посредством литография или добавяне на микрофлуидни канали, които увеличават цената и сложността на уреда. Новото откритие позволява масово производство на ниска цена с подобрена ефективност.

Затоплящият процес променя повърхностните свойства на материала, предизвиквайки струпване на кислородните атоми, като по този начин графенът остава между тях. Това позволява сравнително лесното прикачване на други химикали към повърхността, които в последствие взаимодействат с избрани молекули. Изследването показва как този основен процес би могъл да се използва като евтина система за диагностика и скрининг на ракови заболявания или на последвалото лечение.


РЕКЛАМА:

***

За да докаже концепцията си, екипът използва молекули, които бързо и ефикасно могат да уловят специфични имунни клетки – биомаркери на определени ракови заболявания. Авторите доказват, че методът им е почти два пъти по-ефикасен в улавянето на клетки от кръвни проби, в сравнение с този, който използва необработен графенов оксид.

Системата има и други предимства, според Бардхан, главният автор на публикацията. Тя позволява бързото улавяне и оценка на биомолекули при различни условия в рамките на 10 минути и без нуждата от замразяване на пробите или инкубации при определени температури. Цялата система е съвместима със съществуващите методи на производство в голям мащаб, което прави производството на евтини диагностични устройства за по 5 долара на парче възможно.

Методът може да намери различни приложения, включително соларни клетки и светлинно-излъчващи уреди, но изследователите са се спрели на ефикасността на улавяне на клетки и биомолекули за различни тестове. Постигнали са го чрез покриване на обработения графенов оксид с пептиди, наречени нанотела – подгрупа на антителата, които могат да бъдат произведени евтино и лесно в големи количества в биореактори и са високоселективни към определени биомолекули.

След това са направени молекулно-динамични симулации с цел разясняване на фундаменталните промени в реактивността на графеновия оксид. Резултатите, които също са потвърдени и експериментално, предполагат, че по време на хибридизация една относителна фракция от един тип кислород (карбонил) се увеличава за сметка на други кислородни функционални групи (епокси и хидрокси) в резултат на струпването на кислород. Тези промени правят материала по-реактивен, което обяснява голямата гъстота на агентите, които улавят клетките, както и увеличената ефективност.

„Ефективността е много важна, ако се опитваш да уловиш рядко събитие.“ – казва Белшер, също взела участие в изследването. „Следващата стъпка, според нея, ще е направата на работещ детектор за специфична болест.“

„Принципно, множество тестове биха могли да бъдат обединени в едно единствено устройство и всеки един от тях би могъл да бъде извършен на малка стъклена пластина под микроскоп.“ – казва Бардхан.

Превод: Росица Майсторова

Източник: MIT News


Европейска нощ на учените 2022 г.: