БІОЧИП: нанотехнологія в сучасній діагностиці захворювань

Біочип-тести широко використовують в invitro-діагностиці. Біочип-технологія дає можливість на кілька порядків підвищити продуктивність більшості діагностичних методів, значно знизити собівартість аналізів, а також зробити дослідження більш швидкими, точними та якісними.

БІОЧИП (БІОЛОГІЧНИЙ МІКРОЧИП) (англ. biochip) складається з матриці з насесеними молекулами білків або нуклеїнових кислот для одночасного проведення великої кількості аналізів в одному зразку, електронного пристрою, який містить біологічні молекули, і мініатюрного датчика, здатного виявити зникаючі малі концентрації білків, гормонів, ДНК або РНК. Біочип становить крихітну пластинку – платформу, на яку можна нанести до кількох тисяч мікротестів.

• Механізм дії – молекулярне розпізнавання молекул, які взаємодіють із біополімерами, нанесеними на чип. Для діагностики використовують різні платформи, на які наносяться біологічні молекули, здатні вибірково зв’язувати речовини, які містяться в аналізованому розчині. Основна частка сучасних Біочип-тестів припадає на ДНК-чипи (94%) та білкові (6%).

З історії: Ідея створення біологічного мікрочипу виникла ще в кінці 1980 рр. одночасно у Великобританії, Югославії та СРСР.

Переваги Біочип-діагностики:

• Ідентифікація за лічені хвилини сполуки різної хімічної природи: білків, вітамінів, вірусів, ДНК до живих клітин у біологічному матеріалі, що дозволяє проводити діагностику захворювань на ранніх стадіях.
• ДНК-діагностика виявлення певної послідовності ДНК, розшифрування генетичної інформації, визначення функції всіх білків організму, виявлення генів, що несуть мутацію, а також визначення генетичної схильності людини до раку, діабету, наркоманії,  хромосомних  порушень тощо.
• Детектування навіть однієї  хімічної сполуки  чи вірусної частки.
• Визначення  на основі наноструктур за 1 хвилину вмісту в 1 мм³ рідини до 1000 окремих молекул потрібної речовини (за відсутності маркування розчинів радіоактивними чи флуоресцентними мітками).
• Існують біочипи для вимірювання рівня глюкози шляхом швидкого та надчутливого аналізу зразків слини, сечі або слізу.
• Біосенсори із флуоресцентною фарбою придатні для використання в польових умовах з метою виявлення навіть незначної концентрації сальмонели в харчових продуктах за короткий час.
• Біочипи забезпечують виявлення молекулярної взаємодії між білками вірусів (ВІЛ, гепатиту та ін.) та білками, які синтезуються клітинами людського організму, що піддаються інфекції — це важливо при розробці нових методів боротьби з вірусами.
•  Біочипивикористовують у криміналістиці (для експрес-ДНК-дактилоскопії за межами лабораторії, навіть визначають колір очей із точністю 94%).
• Особливу групу становлять імунологічні біочипи, які використовують для створення діагностичних тест-систем із метою визначення імунофенотипу для діагностики захворювань, пов’язаних із порушенням клітинної ланки імунітету.
• Біочипи призначені для використання в гематології (для дослідження клітин пухлин лімфатичної системи та клітин мієлоїдних пухлин, що дозволяє визначити не просто наявність захворювання, а і його тип).
• Нанобіочіпи можна використовувати для імплантації пацієнтам із хронічними захворюваннями, для ранньої діагностики злоякісних пухлин і небезпечних вірусних захворювань.
• Біочипивикористовують також для розроблення наномедичних знеболювальних систем, які містяться в організмі, реагують на біль та вивільняють дозу лікарської речовини. Сенсор із нанотрубок, вбудованих в структуру ДНК, здатний виявляти в живій клітині ліки, токсини, вільні радикали і використовуватися для моніторингу забезпечення клітини лікарською речовиною. Існують сенсори, що дозволяють відстежити наявність і виміряти вміст ліпідів у живій клітині або рівень рН клітини.

         !!! Пристрої дозволяють за короткий час визначити декілька тисяч алергенів, онкогенів, різних біологічно-активних речовин і генетичні дефекти.

         На сучасному етапі розвитку медицини біочипи широко застосовуються для ранньої та швидкої діагностики різних інфекцій (в т.ч. туберкульозу з визначенням медикаментозної чутливості), гематологічних, онкологічних захворювань, СНІДу, виявлення хвороби Альцгеймера тощо.

 

Матеріал підготувала Світлана РУДАКОВА.

• Навчально-науковий інститут післядипломної освіти та доуніверситетської підготовки