Биочипы как новый метод диагностики заболеваний

- Алина Панченко
  
  Автор Викиум

Современная медицина преследует очень важную цель. Она должна своевременно определять наличие всех возможных рисков развития того или иного заболевания. За счет этого получается на максимально ранней стадии находить патологии и начинать подходящее в каждом индивидуальном случае лечение. Конечно, можно провести множество исследований всех органов человека, но стоимость всех процедур будет высокой. При этом дополнительно придется потратить много времени, а заболевание будет только прогрессировать. В связи с этим ученые разработали специальные биочипы, с помощью которых можно всего в одном анализе обнаружить много биомаркеров. Это специальные соединения, которые указывают на наличие определенной патологии, риска ее развития или неправильного функционирования отдельных органов.

Как устроен биологический микрочип

Впервые начали говорить о разработке биологического чипа еще в 80-х годах прошлого столетия. Когда же устройство было создано, то оно представляло собой матрицу ячеек, в каждой из которых присутствует специфический зонд, способный распознать определенную мишень и детально проанализировать полученный образец. Молекулы образца в обязательном порядке проходят предварительную обработку, а также помечаются с помощью флуоресцентного красителя. Дальше он вводится в камеру чипа и проникает внутрь ячеек. После этого начинается взаимодействие между зондами и образцом.

В процессе применяется облучение светом, которое имеет определенную длину волны. Те ячейки биочипа, в которых взаимодействие имеет специфический характер, начинают флуоресцировать. Данная реакция фиксируется специалистами с помощью специального анализатора-микроскопа. Дальше в каждой отдельной ячейке необходимо рассчитать показатель интенсивности возникших сигналов, и учитывая разработанный ранее алгоритм, установить наличие мишени. Это может быть микроорганизм, хромосомная перестройка, вирус, онкомаркер, мутация и многое другое. С помощью такого сложного, но эффективного процесса удается в максимально короткие сроки подобрать подходящее лечение для того или иного пациента.

Для того чтобы можно было изготовить матрицу ячеек современного биочипа, специалисты применяют перенос капель смеси из зондов и гидрогеля на подложку из пластика. Для этого применяется современное оборудование, представленное невероятно тонкими металлическими стержнями, которыми оборудуется специальный механический робот.

Капли такого типа способны не просто перемещаться, но еще и сливаться на подложке, обладающей гидрофобной поверхностью. Именно поэтому они нуждаются в дополнительной фиксации с помощью реакции фотополимеризации. В таком случае происходит быстрое образование связей ковалентного характера между каплей и применяемой подложкой. Также фиксируются вместе зонд и мономеры гидрогеля. Чтобы добиться подобного результата, специалисты аккуратно облучают подложку светом, имеющим определенную длину волны. При этом соблюдаются невероятно строгие условия облучения. В обязательном порядке учитываются такие параметры, как влажность и температура, наличие инертного газа, способного убрать молекулы кислорода. Не стоит забывать о времени облучения.

Влияние ультрафиолетового излучения позволяет достичь в результате полимеризации молекулярных зондов с основными компонентами, которые входят в состав гидрогеля. Таким образом зонды получают возможность равномерно распределиться по используемому объему геля. Данный процесс называется иммобилизацией.

Гидрогель и подложки для биологических микрочипов

Формирование ячеек для биологических чипов происходит на стекле, которое предварительно покрывается мономолекулярным слоем специального вещества. В его составе присутствуют активные группы химического происхождения, способные взаимодействовать с зондами, которые наносятся в дальнейшем. Российские инженеры применяют подложки из пластика для гидрогелевых чипов. За счет этого получается сделать процесс производства матриц более дешевым. Некоторое время назад были созданы специальные пресс-формы, которые еще и ускоряют производство подложек, а также реакционных камер, присутствующих в биочипе. Процесс выполняется путем применения метода литья под огромным давлением. Такие разработки позволили достичь необходимой технической независимости в данной сфере.

Очень важным моментом, если рассматривать отечественную технологию биологических чипов, можно назвать то, что специалистами применяется специально разработанный гидрогель, в который помещают необходимые зонды. Удалось в последнее время достичь значительного показателя емкости иммобилизации зондов, расположенных в ячейках из гидрогеля. За счет этого происходит регистрация многих сигналов, которые не удается зафиксировать, если используются плоские стеклянные матрицы. Это влияет на то, что при проведении исследований могут быть задействованы более дешевые анализаторы.

Ячейка гидрогеля является трехмерной, поэтому взаимодействие между зондом и молекулой будет более эффективным и одновременно с этим специфичным. Медики таким образом могут устанавливать наличие очень важных маркеров, которые отличаются высоким показателем специфичности. Результат при этом предоставляется в максимально простом формате – да/нет.

Развитие биочипов продолжается, и в дальнейшем специалисты смогут использовать их для того, чтобы находить маркеры воспалительных процессов, которые могут указывать на наличие эндокринных или ревматологических патологий. Также можно будет более легко и быстро установить наличие проблем с иммунной системой на максимально ранней стадии развития того или иного заболевания.

Развитие науки позволяет получать новые знания не только ученым, но и обычным людям, стремящимся к расширению кругозора. Изучайте новое. Тренируйте мозг и укрепляйте когнитивные функции с помощью тренажеров Викиум, чтобы лучше усваивать новые знания.