НАНОДІАГНОСТИКА

НАНОДІАГНОСТИКА — один із підрозділів наномедицини та клінічної лабораторної діагностики, що базується на використанні наноматеріалів медичного призначення. Базовими нанотехнологіями Н. є оптико-біосенсорні, атомно-силові, нанопарові та нанодротяні, які суттєво підвищують чутливість і точність діагностичних маніпуляцій та скорочують термін їх проведення. Застосування Н. дозволяє виконувати біологічні вимірювання в широкому діапазоні рівнів концентрацій (від 10–3 до 10–16 М — для поодиноких молекул), надає можливість роботи з багатокомпонентними білковими сумішами, напр., за допомогою наноелектрофорезу можливе розділення крові, що містить близько 20 білків з мол. м. 10–100 кДа за 15 с, на відміну від декількох годин при застосуванні звичайного 2-D-електрофорезу. Н. забезпечує більш повну інформацію при вивченні гетерогенних систем, в яких молекула може перебувати в різних конформаційних станах. За допомогою нанохвильової техніки стає можливим спостереження ДНК-полімеразної активності. Сучасним методом Н. є застосування нанокріомасдетекторів, в яких чутливим елементом є багатокомпонентні наноструктуровані плівки, розділені оксидним шаром, що дає змогу реєструвати та ідентифікувати білкові молекули з мол. м. від 2 до 200 кДа без попереднього проведення ензимолізису. Принцип роботи нанокріодетектора ґрунтується на перетворенні кінетичної енергії молекули на теплову.

У медичній Н. широкого розповсюдження набули біологічні наносенсори з напівпровідникових нанотранзисторів, керівні електроди яких виготовлені у вигляді тонкої платформи із вмонтованими в неї нанодротиками діаметром декілька атомів. На поверхню нанодротиків наносять білки-антитіла, які спроможні специфічно зв’язувати білки-антигени або віруси. Міжмолекулярну взаємодію реєструють за рахунок зміни електричної електропровідності керівного електрода. За допомогою такого транзистора стає можливим аналізувати навіть поодинокі віруси.

Важливим напрямком є Н. онкологічних захворювань, де найбільш часто застосовують метод Н. з використанням наносенсорів на основі дендримерів або фулеренів. Виявлення ракових клітин ґрунтується на введені в лімфоцити наносенсорів сферичної форми з флуоресцентним покриттям. Інтенсивність флуоресценції відображає зміни, що відбуваються при імунній відповіді лімфоїдних клітин. Для посилення чутливості наноімунотестів використовують кон’югати антитіл у вигляді нанокапсул із золотим покриттям. Зондами в наночипах також можуть бути олігонуклеотиди, фрагменти РНК та ДНК. Остання має пріоритетне застосування (частка використання у наночипах одноланцюгової ДНК становить 94%). Використання ДНК-чипів дозволяє виявити наявність відповідної послідовності ДНК вірусів, бактерій, пухлинних клітин.

До Н. належать також аналіз поодиноких молекул на скануючих атомно-силових та тунельних мікроскопах. Сканування п’єзоманіпулятором поверхні зразка дає можливість зібрати точну інформацію про топографію макромолекули або комплексу молекул та візуалізувати її. Перспективним напрямком Н. є застосування напівпровідникових нанокристалів розміром 2–100 нм (quantum dots (Qds) — квантові точки). Qds у Н. використовують для визначення: специфічного маркування клітин та тканин (кон’югати з антитілами); ДНК-послідовності у ракових мутаціях (у дослідах in vivo); отримання фармакокінетичних параметрів БАР; визначення активності ферментів, рецепторів та антигенів (експрес-методом); ідентифікації метастазів при онкологічних захворюваннях. У Н. використовують також біологічний наночип — наноцитометр, здатний на ранніх стадіях діагностувати лейкемію, рак передміхурової або молочної залози та інші онкологічні захворювання. Слід наголосити, що застосування наноматеріалів також поширене в деяких модифікаціях відомих діагностичних апаратів (ЯМР-томографи, УЗД, сиквенис-аналізатори ДНК тощо), що робить їх більш чутливими й інформативними та дозволяє віднести до методів Н.

Провідний український лабораторний портал [Електронний ресурс] (http://www.labprice.ua); Gill P., Alvandi A.H., Abdul-Tehrani H. et al. Colorimetric detection of Helicobacter pylori DNA using isothermal helicase-dependent amplification and gold nanoparticle probes // Diagn. Microbiol. Infect. Dis. — 2008. — Vol. 62; Kurkina T., Balasubramanian K. Towards in vitro molecular diagnostics using nanostructures // Cell. Mol. Life Sci. — 2012. — Vol. 69. — № 3; Mahmoudi M., Quinlan-Pluck F., Monopoli M.P. et al. Influence of the physiochemical properties of superparamagnetic iron oxide nanoparticles on amyloid β protein fibrillation in solution // ACS Chem. Neurosci. — 2013. — Vol. 4. — № 3; Priyam A. Volatile interface of biological oxidant and luminescent CdTe quantum dots: implications in nanodiagnostics // Phys. Chem. Chem. Phys. — 2009. — Vol. 11. — № 3; Syed M.A. Advances in nanodiagnostic techniques for microbial agents // Biosens. Bioelectron. — 2013. — Vol. 51; Tallury P., Malhotra A., Byrne L.M. et al. Nanobioimaging and sensing of infectious diseases // Adv. Drug Deliv. Rev. — 2010. — Vol. 62. — № 4–5.