Молекулы включаются: в МФТИ создали биосенсор для отслеживания взаимодействия ДНК с наночастицами

Учёные из МФТИ совместно с коллегами из ИОФ РАН и НТУ «Сириус» разработали новый оптический биосенсор, позволяющий отслеживать в реальном времени, как наночастицы взаимодействуют с молекулами ДНК. Эта разработка — важный шаг к созданию интеллектуальных наноматериалов для экспресс-диагностики и терапии серьёзных заболеваний. Работа опубликована в журнале Molecular Biology.

Почему это важно?
Современная медицина всё активнее обращается к интеллектуальным материалам — «умным» наночастицам, которые реагируют на биомолекулы, как переключатели. Чтобы создавать такие системы, нужно понимать, как именно эти частицы взаимодействуют с целевыми молекулами. Но измерить параметры этого процесса — особенно на ранних стадиях — крайне сложно.
Новый биосенсор, созданный в МФТИ, позволяет решить эту задачу. Он фиксирует сам процесс связывания в реальном времени и способен работать даже с ультранизкими концентрациями ДНК — начиная с 50 пикомолей.
Биосенсор основан на спектральной фазовой интерферометрии — оптической технологии, которая использует интерференцию света для высокоточной регистрации взаимодействий на поверхности сенсора. В отличие от многих других систем, ему не требуются дорогостоящие специализированные покрытия: он может работать прямо на обычном стекле с нанесённым биослоем. Это делает устройство не только чувствительным, но и доступным по себестоимости.

Молекулярные маяки: что это?
Центральный элемент системы — молекулярные маяки. Это ДНК-конструкции, которые могут «включаться» и «выключаться» в зависимости от наличия целевой молекулы. В выключенном состоянии они «прячут» свой рецептор; при связывании с фрагментом ДНК или другим лигандом — меняют форму и активируются. Такой переключатель позволяет не только зафиксировать факт взаимодействия, но и измерить его скорость.
Эксперименты показали, что в «включённом» состоянии молекулярные маяки увеличивают скорость связывания с поверхностью сенсора в семь раз. Это открывает путь к более точным измерениям и разработке усовершенствованных наноматериалов для медицинских применений.
Ранее подобные маяки измеряли только конечный результат — было связывание или нет. В новом исследовании учёные впервые зафиксировали саму динамику связывания: как быстро реагирует система, в какие моменты активируется рецептор, как ведёт себя ДНК на поверхности наночастицы. Это критично для понимания процессов доставки лекарств, распознавания клеточных мишеней и других задач наномедицины.

Потенциальные применения — от ранней диагностики онкологических и вирусных заболеваний до создания чувствительных нанороботов, которые могут доставлять лекарства строго в нужные клетки. Разработанные маяки работают в условиях физиологической ионной силы, то есть в биологических жидкостях, без необходимости искусственно усиливать среду — в отличие от предыдущих аналогов, которым требовались концентрированные солевые растворы.

Что дальше?
Созданный биосенсор уже сейчас позволяет проводить быстрый и дешёвый анализ молекулярных взаимодействий. Его можно использовать как в фундаментальных исследованиях, так и в клинической практике — особенно для быстрой диагностики. А в будущем он может стать основой для новых поколений «умных» диагностических систем, работающих на уровне отдельных молекул.
«Мы показали, что интеллектуальные наноматериалы могут “включаться” и фиксироваться прямо в момент взаимодействия с мишенью. Это позволяет не просто видеть результат, но понимать сам процесс — а значит, создавать более точные, стабильные и чувствительные диагностические инструменты», — комментирует Елена Комедчикова, младший научный сотрудник лаборатории биохимических исследований канцерогенеза МФТИ.

Источник: В МФТИ представили новый биосенсор, способный быстро оценить взаимодействие наночастиц с молекулами ДНК — За науку