Цифровой дифракционный анализ и дешевая молекулярная диагностика с использованием смартфона
Digital diffraction analysis enables low-cost molecular diagnostics on a smartphone. Hyungsoon Im, Cesar M. Castro, Huilin Shao, et al. PNAS. 2015. Vol. 112. No 18. Р. 5613–5618.
В биологии есть простые по своей сути методы, позволяющие получать очень важные данные. Один из таких методов – молекулярная диагностика с помощью антител, который удалось адаптировать для сверхбыстрой диагностики с помощью обычного смартфона. Устройство представляет собой пластиковую конструкцию, оснащенную источником света, миниатюрными линзами и местом, куда помещается образец тканей пациента. Этот своеобразный сканер просвечивает исследуемый образец, получает его дифракционное изображение и загружает его на специальный сервер, который проводит дальнейшую обработку. Исследователи провели испытания своего изобретения и утверждают, что его чувствительность составляет 100%, а точность – 92%. Диагностика, в ходе которой выявляется наличие раковых клеток или следы папилломавируса человека в исследуемом образце, длится 45 минут, а ее стоимость составляет чуть меньше 2 долларов США. В ходе опытов прибор успешно подразделял представленные для анализа образцы на те, в которых патология находится на начальной стадии развития или уже развилась, а также на те, состояние которых не вызывает опасений. С помощью нового устройства можно проверять наличие определенных молекул на поверхности клеток образца (например, крови). К клеткам нужно добавить шарики с антителами к интересующим молекулам (такие шарики можно купить, как и любые другие лабораторные реактивы). Для анализа можно одновременно использовать сразу несколько типов шариков, несущих разные антитела, и находить в таком эксперименте клетки с определенным набором маркеров. В этом случае надо использовать шарики разных размеров, или сделанные из разных материалов, чтобы шарики с разными типами антител можно было отличить друг от друга. Авторы убедились, что соотношения связывающихся с клетками шариков совпадают с соотношениями экспрессии генов целевых молекул. То есть с помощью смартфона можно будет проводить не только качественный, но и количественный молекулярный анализ. Чтобы проверить свою систему на практике, исследователи проанализировали с ее помощью образцы тканей 25 пациенток с раком шейки матки. Для контроля образцы исследовали и традиционными гистологическими методами. Пробы разделили на категории в зависимости от тяжести заболевания (высокий риск, низкий риск, доброкачественная опухоль), и для двух методов – классического и нового – характеристики образцов совпали. При этом анализ с использованием новой системы для смартфона не только не потребовал дорогого оборудования и сложных манипуляций, но и дал результаты очень быстро. Другое преимущество новой системы – это большой угол обзора. В одном зрительном поле камеры смартфона помещаются десятки тысяч клеток, и их можно проанализировать одновременно. При диагностике с помощью микроскопии можно одновременно изучать намного меньшие количества клеток. Ученые уверены, что изобретение окажет существенную помощь врачам в бедных странах, то есть там, где у специалистов нет возможности пользоваться дорогостоящим оборудованием. Авторы предлагают также модифицировать придуманную ими систему для анализа ДНК.
В.В. Стрекопытов