Ученые разработали гибридный нанозонд, который может обнаруживать раковые клетки

Фабьен Пино, доцент биологических наук, химии и физики и астрономии в USC Dornsife, разработал метод усиления биохимического сигнала на поверхности раковых клеток. Наряду с командой ученых он создал новый гибридный нанозонд, который может привести к неинвазивному обнаружению и лечению заболевания на уровне одной клетки.

Новая технология связывает и собирает наночастицы золота в живых клетках, используя два фрагмента флуоресцентного белка как «молекулярный клей». Эти крошечные зонды действуют как усилители, улучшая способность исследователей обнаруживать отдельные биомаркеры — такие, как сверхэкспрессированные или мутированные белки, обнаруженные в раковых клетках.

Повышенный сигнал позволяет ученым отличать раковые клетки от здоровых клеток с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния — специализированной лазерной техники визуализации.

«Наш подход использует тот факт, что у нас есть две разные наночастицы, которые сами по себе не активны, но становятся активными, когда они собираются на раковых клетках», — сказал Пино, главный исследователь группы биомотоники Single Molecule Biophotonics, и автор исследования, опубликованного в Nature Communications.

Прямо в цель

Использование «молекулярного клея» для разработки новых нанозондов является распространенной практикой в ​​биомедицинских исследованиях сегодня, но большинство ученых строят их с помощью ДНК, а не белка. Хотя перспективные оптические зонды генерируются с использованием ДНК-сборок в пробирках, ДНК не является практическим клеем в живых клетках. Белки гораздо лучше.

Пино и его команда начинают с флуоресцентного белка, который светится, когда на него попадает ультрафиолетово-синий свет. Флуоресцентный белок разделяют на два фрагмента, и каждая часть прикрепляется к наночастицам золота. Оба набора наночастиц имеют нулевое количество на клетках и специфически связываются с биомаркерами на поверхности клетки. Когда наночастицы сталкиваются с раковой клеткой, фрагменты белка естественным образом собираются во весь флуоресцентный белок.

Процесс реструктуризации дает два преимущества. Во-первых, активация нового биохимического сигнала в флуоресцентном белке значительно усиливается наночастицами, что позволяет обнаруживать с помощью Рамановской визуализации*.

Во-вторых, тепло и ультразвуки производятся, когда лазер попадает на наночастицы и может быть измерен с помощью ультразвуковых детекторов. Этот двойной эффект обеспечивает высокую уверенность в том, что обнаруженная клетка действительно раковая, а не ложноположительный сигнал от здоровой клетки.

Ученые в дальнейшем исследуют возможность уничтожения отдельных раковых клеток, оставляя здоровые клетки невредимыми, используя лазер для нагрева наночастиц. «Переход от изображений клеток к уничтожению клеток — это просто поворот ручки на лазере, который вы используете», — сказал Фабьен Пино.

*Спектроскопия комбинационного рассеяния света (Raman spectroscopy, названа в честь Индийского физика сэра К. в. Рамана) — спектроскопический метод, используемый для наблюдения колебательных, вращательных и других низкочастотных форм в системе.

Она полагается на неупругое рассеяние, или комбинационное рассеяние, монохроматического света, обычно от лазера в видимом, ближнем инфракрасном или ближнем ультрафиолетовом диапазоне. Лазерный свет взаимодействует с молекулярными колебаниями, фононами или другими возбуждениями в системе, в результате чего энергия лазерных фотонов смещается вверх или вниз. Сдвиг энергии дает информацию о колебательных режимах в системе. Инфракрасная спектроскопия дает аналогичную, но дополняющую информацию.