Диагностические медицинские технологии будущего

Нанотехнологии уже увеличили нашу способность выявлять первые признаки заболеваний, эффективнее и раньше диагностировать генетические предрасположенности. Традиционные обследования дороги и требую больше времени, врачам приходится полагаться на сложные процедуры и изощренные инструменты. Многие анализы проводятся только в крупных централизованных лабораториях. Быстрая и эффективная диагностика должна производиться на месте, лаборатория и пациент должны находиться в одном и том же месте.

«Нанотехнологии вызовут революцию во многих областях медицины, что касается диагностики, то она станет очень точной, появятся очень чувствительные технологии, которые выведут ее на новый уровень, – говорит доктор Чад А. Миркин. – Ее можно будет проводить прямо в больнице в отделении реанимации, а когда-нибудь даже в кабинете врача или дома. Люди ждут этого десятилетиями, но теперь это станет возможным».

Диагностические технологии - идентификация биомаркеров

Откуда такая уверенность? Дело в том, что первые признаки заболевания проявляются в наномасштабах. Человеческое тело содержит около ста триллионов живых клеток. Для того, чтобы взаимодействовать друг с другом, клетки обмениваются информацией. Информацию передают крошечные молекулы, фрагменты ДНК или сложные белки, размеры которых всего несколько нанометров. Цепочки химических реакций запускаются благодаря этим молекулярным посланникам, это язык жизни. Если клетка больна, она посылает различные сигналы, биологи называют их биомаркерами. Это молекулярные признаки заболеваний индикаторы, по которым может ориентироваться самое передовое диагностическое оборудование.

«Как выяснилось, существуют уникальные генетические маркеры или как часто бывает уникальные белковые маркеры почти для каждого заболевания, для всего живого вообще, – рассказывает доктор Чад Миркин. – За последние двадцать лет мы научились идентифицировать эти маркеры. Сейчас мы создаем тесты, которые позволят нам быстро читать эти маркеры и оценивать стадию заболевания, чтобы подобрать курс лечения».

Современные диагностические технологии и их преимущества

Первые диагностические системы, основанные на исследованиях Чада Миркина, уже используются в некоторых американских клиниках. Эти машины воплощают многие преимущества нанотехнологий, они просты, полностью автоматизированы, используют сменные картриджи. Всего одна проба позволяет врачу обнаружить наличие самых разных заболеваний, генетических предрасположенностей или наличие в крови вирусов. «Самое большое преимущество для врачей, возможность одним анализом определить наличие множества разных организмов, что значительно сокращает временные затраты», – отмечает Нэйтен А. Ледебоер.

Система подтвердила свою ценность во время эпидемии свиного гриппа. «В 2009 году мы зафиксировали распространение нового заболевания, – говорит Нэйтен А. Ледебоер. – При помощи нанотехнологий мы смогли обнаружить патоген и идентифицировать его, определив его тип, мы успели сделать это всего за три с половиной часа. Традиционные методы предполагают выращивание патогенного организма в лабораторных условиях, на это бы ушло очень много времени, как минимум 14 дней».

Для Уильяма Моффита разработавшего эту систему, простота ключевое преимущество. «Главное преимущество нанотехнологий в данном случае, возможность производить сменные картриджи, – объясняет Уильям Моффит. – Благодаря этому все, что нужно для проведения анализа уже заложено в конечный продукт. Это невероятно точная технология, она просто и не требует дорогого обслуживания».

Диагностические технологии, изучение свойств биомаркеров

Но как это маленькое устройство может заменить работу целой лаборатории? Для того, чтобы обнаружиться маркеры заболевания, исследователи обратились к фундаментальным свойствам молекулярных посланников. Они прикрепляются к строго определенным молекулам, подобно тому, как ключ подходит к конкретному замку. Частицы делают это с помощью специальных молекул, называемых «легандами», они играю роль рецепторов, с помощью которых можно идентифицировать и захватить цель, вызывающую болезнь пациента. Чтобы определить заболевание, исследователям требуется увидеть, произошло ли связывание на молекулярном уровне.

Чтобы найти решение, Чад Миркин вспомнил о средневековых ремесленниках и о возможностях применения золота. «Наночастицы золота представляют собой кластеры из молекул. Если их размер не превышает 100 нанометров в диаметре, то они красные, – комментирует Чад Миркин. – Цвет достаточно яркий, так что очень небольшая примесь дает заметные изменения цвета. Именно по этой причине золото в средние века использовали для краски стекла витражей». Теперь немеркнущий блеск золота получил новое, более высокотехнологичное применение, ученые научились прикреплять к нанокластерам золота биологические присадки, тем самым создавая новые частицы, которые легко обнаружить. «Можно назвать их крошечными наномаяками, эти структуры способны прикрепляться к молекулам и указывает на наличие конкретных маркеров заболевания, – поясняет Чад Миркин. – Мы можем дифференцировать маркер конкретного заболевания среди миллионов других частиц, что дает невероятную практически стопроцентную точность».

Перспективы новых диагностических медицинских технологий

Разработчики верят, что преимущества новой медицины перевесят ее высокую стоимость. «Это изменит медицину и позволит врачам ставить более точные диагнозы, – поясняет Нэйтен Ледебоер. – Мы сможем разработать диагностические средства, которые будут направлены на индивидуальную, а не массовую диагностику». Новое оборудование еще не показало свою силу, пока что система способна проводить только десять разных анализов. Однако по мере добавления новых «легандов», количество целевых биомаркеров увеличится.

«Набор инструментов растет, основная система получает новые возможности, – размышляет Чад Миркин. – Количество информации, которую способна собрать одна такая система, поражает воображение. Скоро мы увидим, как ее способность обнаруживать даже малое количество целей полностью изменит медицину, возможности рядовых врачей сильно возрастут».