Новая технология нанопор для измерения повреждений ДНК может улучшить терапию рака и реагирование на радиационные ЧС
Автор: Инез Робертсон/NIST
Учёные из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали новую технологию для измерения повреждений ДНК, вызванных радиацией. Этот инновационный метод, который пропускает ДНК через крошечные отверстия, называемые нанопорами, обнаруживает радиационные повреждения значительно быстрее и точнее существующих методов. Это может привести к улучшению лучевой терапии рака и более персонализированному уходу за людьми во время радиологических чрезвычайных ситуаций.
«С помощью нанопорового зондирования мы не просто измеряем радиационные повреждения; мы переписываем правила того, насколько быстро и эффективно мы можем реагировать как на лечение рака, так и на чрезвычайные ситуации», — заявил физик NIST Джозеф Робертсон.
Исследование успешно завершило этап подтверждения концепции, продемонстрировав свою работоспособность в лаборатории на тщательно подготовленной ДНК в пробирке. В будущем планируется разработка портативной версии технологии и использование метода для измерения радиационных повреждений ДНК, извлечённой из биологических клеток и тканей.
Как работает новая технология
Современные методы измерения биологических эффектов радиации медленны и часто неэффективны в предоставлении результатов, когда это необходимо, особенно в медицинских и чрезвычайных ситуациях. Чтобы оценить радиационные повреждения у человека, подвергшегося облучению, медицинские работники берут образец крови и либо подсчитывают количество мёртвых клеток (процесс, занимающий не менее двух дней), либо культивируют клетки из образца для выявления хромосомных аномалий (что занимает не менее трёх дней).
Эти существующие методы имеют ограниченный диапазон и не могут измерять дозы выше примерно 5 грей, что ниже, чем то, чему человек может подвергнуться при крупном радиологическом инциденте. Грей (Гр) — это единица, выражающая количество энергии излучения, поглощённой телом или объектом на килограмм массы.
Новая методика, опубликованная в Analytical Chemistry, особенно эффективна для измерения доз в диапазоне от 2 Гр до 10 Гр — это критический диапазон радиационного облучения человека, требующий немедленной медицинской помощи. Она может дать результаты в течение минут, а не дней, со значительно более высокой точностью, чем это было возможно ранее.
Метод использует тот факт, что ионизирующее излучение, такое как рентгеновские и гамма-лучи, разрывает ДНК на более мелкие фрагменты.
Чтобы продемонстрировать новый подход, исследователи использовали образцы ДНК, повреждённые радиацией. Они пропускали фрагменты ДНК через нанопору, через которую протекал электрический ток. Молекулы ДНК, проходящие через нанопору, вызывали нарушения в токе.
Наблюдая за этими вариациями, исследователи могли измерить количество фрагментов ДНК, проходящих через нанопору, и определить их длину. Эта информация позволила исследователям точно рассчитать эффективную дозу радиации, воздействовавшую на ДНК.
Индивидуальный подход к терапии для лучших результатов
В стремлении улучшить лечение рака необходимо мониторить радиационное воздействие в реальном времени.
«Слишком малая доза радиации может не уничтожить раковые клетки, а слишком большая — повредить здоровые ткани», — пояснил Робертсон. — «Возможность мониторинга радиационного воздействия в реальном времени означает, что врачи могут корректировать лечение для обеспечения правильной дозировки».
Эта технология также может отслеживать, насколько хорошо опухоль реагирует на облучение, позволяя вносить персонализированные корректировки в лечение. Прямое измерение повреждений ДНК в раковых клетках позволяет врачам более точно адаптировать терапию для каждого пациента.
Быстрое реагирование в чрезвычайных ситуациях
При радиологических чрезвычайных ситуациях, таких как ядерные аварии или радиационное отравление, способность быстро оценить радиационное воздействие имеет решающее значение. Традиционные методы могут занимать дни, но с этой новой технологией спасатели могут получать данные в реальном времени за считанные минуты.
«Это позволит медицинским бригадам быстро расставить приоритеты в уходе за теми, кто подвергается наибольшему риску», — сказал Робертсон.
Прорыв NIST может изменить подход к реагированию на радиационные чрезвычайные ситуации и помочь спасти жизни, обеспечивая получение людьми соответствующей помощи как можно быстрее.
Приверженность общественному здоровью и безопасности
Одним из ключевых преимуществ этой технологии является её потенциальная портативность. Исследователи NIST сотрудничают с отраслевыми партнёрами для разработки устройства, которое может быть таким же маленьким и доступным, как смартфон, что сделает его легко доступным в больницах, при реагировании на чрезвычайные ситуации и даже в полевых условиях. В ближайшие годы исследователи надеются сотрудничать с коммерческими организациями для создания прототипа устройства.
Эта технология не только означает значительный прогресс в измерении повреждений ДНК, но и подчёркивает приверженность NIST улучшению общественного здоровья и безопасности с помощью инновационной науки.
«Эта технология — не просто шаг вперёд; это спасательный круг», — заявил Робертсон. — «Делая измерение радиации точным и доступным, мы стремимся к тому, чтобы помощь всегда была под рукой».
Больше информации: Michael Lamontagne et al, Single–Molecule Biodosimetry, Analytical Chemistry (2025). DOI: 10.1021/acs.analchem.5c03303
0 комментариев