A kutatók olyan technológiát fejlesztettek, amely a DNS‑alapú nanostruktúrákat, a kvantumpontokat és a CRISPR‑rendszert kombinálja, hogy a lehető legkisebb biomarker‑szinteket is kimutassa. A rákos megbetegedések korai felismerésének egyik legnagyobb akadálya, hogy a betegség kezdeti szakaszában a biomarkerek – például fehérjék, DNS‑töredékek vagy más molekulák — rendkívül alacsony koncentrációban vannak jelen a vérben. A hagyományos módszerek gyakran nem elég érzékenyek ezek kimutatására.

A kutatás vezetője, Han Zhang (Sencseni Egyetem) így foglalta össze az új technológia lényegét: „Szenzorunk DNS‑ből készült nanostruktúrákat kombinál kvantumpontokkal és CRISPR génszerkesztési technológiával, hogy a második harmonikus generációnak (SHG) nevezett fényalapú megközelítéssel észlelje a gyenge biomarker‑jeleket. Ha sikeres, ez a megközelítés egyszerűbbé teheti a betegségek kezelését, javíthatja a túlélési esélyeket és csökkentheti az egészségügyi költségeket.”

A kutatók az Optica folyóiratban számoltak be arról, hogy a rendszer szub‑attomoláris szinten is képes volt kimutatni tüdőrák‑biomarkereket valódi betegmintákból — vagyis akkor is, amikor csak néhány molekula volt jelen.

Zhang szerint a módszer áttörést jelenthet a korai diagnosztikában: „A korai diagnózis szempontjából ez a módszer ígéretes lehet, mert lehetővé teheti az egyszerű vérszűrést a tüdőrák kimutatására még azelőtt, hogy a daganat láthatóvá válna CT‑felvételen.”
A kutató azt is kiemelte, hogy a technológia a személyre szabott kezelésekben is szerepet kaphat, mivel a biomarker‑szintek akár napi vagy heti monitorozását is lehetővé teheti, ahelyett hogy hónapokat kellene várni a képalkotó eredményekre.

Hogyan működik az új szenzor?

A legtöbb jelenlegi biomarker‑teszt kémiai amplifikációt igényel, ami időigényes és költséges. A kutatók célja egy olyan rendszer létrehozása volt, ami közvetlenül képes érzékelni a biomarkereket. A technológia alapja a második harmonikus generáció (SHG), amely során a beérkező fény hullámhossza felére csökken.

A folyamat egy molybdenum‑diszulfid (MoS₂) felületén zajlik. A kutatók DNS‑tetraédereket építettek, amelyek nanométer pontossággal tartják a kvantumpontokat a MoS₂ felszíne felett. A kvantumpontok felerősítik a helyi optikai teret, így növelik az SHG‑jel erősségét.

A CRISPR‑Cas12a rendszer felismeri a célbiomarkert, majd elvágja a kvantumpontokat rögzítő DNS‑szálakat, ami mérhető jelcsökkenést okoz. Mivel az SHG rendkívül alacsony háttérzajjal működik, a rendszer nagyon kis koncentrációkat is érzékelni tud. „A DNS‑t nem csupán biológiai anyagként kezeljük, hanem programozható építőelemként, amely lehetővé teszi, hogy nanométeres pontossággal állítsuk össze a szenzor komponenseit.” – idézi a Science Daily.

„A nemlineáris optikai érzékelés és az amplifikációmentes kialakítás kombinációja egyedülálló egyensúlyt teremt a sebesség és a pontosság között.”

Sikeres tesztek tüdőrákos betegek mintáival

A kutatók a miR‑21 nevű mikroRNS‑biomarkerre fókuszáltak, ami a tüdőrák egyik ismert jelzőmolekulája. A rendszer nemcsak kontrollált környezetben működött, hanem emberi szérummintákban is. „A szenzor kivételesen jól működött, ami azt mutatja, hogy az optika, a nanomateriálok és a biológia integrálása hatékony stratégia lehet egy eszköz optimalizálására.”

A kutató hozzátette, a rendszer nagyon specifikus, mivel figyelmen kívül hagyta a hasonló RNS‑molekulákat, és kizárólag a tüdőrák célbiomarkerét érzékelte. A következő cél egy hordozható verzió kifejlesztése, amely akár ágy melletti vizsgálatokra, járóbeteg‑ellátásban vagy távoli, erőforráshiányos területeken is használható lenne.