Новые, неведомые болячки появляются в нашей жизни чуть ли не каждый год, да и старые не думают уходить на покой. Ковид, оспа обезьян, а теперь еще и корь — у врачей и пациентов последние два-три года нет ни минуты покоя. Многое ли способна предложить современная медицина в борьбе с ними? К счастью, да!
С каждым годом мы учимся всё лучше и лучше справляться с различной заразой, но вылечить ее — лишь полбеды.
Диагностировать болезнь гораздо, гораздо тяжелее, особенно на ранних этапах, когда потенциальный вред можно снизить чуть ли не до нуля. Логично, что если мы будем знать о заразе заранее, то и бороться с ней можно будет превентивными методами.
Как же это можно сделать? Из того, что практикуют сейчас — анализы, медосмотры, исследования разными причудливыми приборами. Их очень много, все они безусловно классные, но хватает ли их, чтобы предупредить развитие всех современных болезней? Очевидно, нет.
Owen Beard
«Как сделать диагностику эффективнее?», — спросите вы, и будете в этом не одиноки, ведь светлые умы физфака МГУ задались тем же вопросом и нашли на него интересный ответ.
Вот он: «Наномашины, сынок!».
Наномашины на страже вашего здоровья
По концепту идея наноботов-детекторов довольно проста: машины эти нужны для того, чтобы безболезненно для пациента ввести их в организм (к нужным органам и частям тела) и затем найти в проблемных областях биомаркеры, которые характерны для тех или иных патологий.
Чем это лучше традиционных анализов? Маленький размер роботов позволит тоньше работать с проблемными областями, ведь их миниатюрность позволит выявить даже малейшие очаги возникновения болезней в человеческих тканях.
Owen Beard
Чем раньше и точнее нашли поломки в организме — тем больше шансов сделать пациента счастливым после полного выздоровления. Эта штука может выявить рак на первой, скрытой стадии или даже немножечко раньше.
Дополнительный бонус — это ещё и не так больно, как шкрябание ватной палочкой по ноздрям и горлу, глотание “кишки” или прием у проктолога. В общем, сплошные плюсы.
Как это сделано?
Московские технари идут по стопам лесковского Левши — они подковывают блоху, но на новый лад.
Чтобы сделать нанобота с биосенсорами, настроенными на вычисление определенной ДНК, нужен целый список «колдунств»:
Литография оптическая Литография электронная Реактивно-ионное травление Вакуумное напыление
Опытные образцы изготовили на доступных в продаже легированных бором пластинах фирмы Soitec с верхним слоем кремния толщиной в 110 нанометров, удельным сопротивлением примерно в 10 Ом на сантиметр и толщиной поддерживающей подложки в 750 микрометров. Кроме того, на пластину добавили промежуточный слой оксида кремния в 200 нанометров
Оптической фотолитографией ученые сварганили контактные площадки, а также слои изолирующего диэдектрика, а электронную литографию использовали для формирования структуры транзисторов. Замысловатый кремниевый нанопровод самородки смастерили с помощью реактивно-ионного травления, а чтобы вся эта конструкция не коротила в жидкости, добавили на поверхность дополнительные слои диэлектрика.
В конце к этой вундервафле прикрутили термометр с нагревателем (сделанным как тонкие платиновые провода), и вот — наш нанозонд готов!
Как оно работает?
Общий принцип работы нанобота — это сбор «пазла» из ДНК. Почему именно так и зачем это нужно?
Диагностика основана на поиске следов заболевания в организме человека — это могут быть как специфические выделения отдельных органов человека, так и биологические следы патогенов, вызывающих болезнь — вирусов и бактерий. Из-за своей природы все эти биомаркеры состоят из разной ДНК, похожей на кусочки пазлов.
Именно эти кусочки биозондам и нужны. Чтобы определить, есть ли у пациента конкретная болезнь или нет, нужно всего лишь дать роботу нужный кусочек «пазла», ввести его в организм или образец, и посмотреть, найдет ли он себе пару. Если не нашел — хорошо, болезни нет. Если нашел — врачи смогли определить, чем именно заразился пациент.
Эксперимент, который проводили исследователи из МГУ, должен был проверить работоспособность разработанной ими конструкции.
Эксперимент проходил в пять этапов:
Сделать биочип из кремния, добавить на него канал-нанопровод. Обработать поверхность специальными растворами. Добавить на поверхность «специфические зонды» — кусочки ДНК-пазла, на которые будут ловить искомые биомаркеры Погрузить биозонд в исследуемую среду Проследить, сложатся ли кусочки «пазла»
Про первый этап мы вам уже рассказали. Что же было дальше?
jodie covington
Сначала путем химической обработки, ученые обездвижили образец ДНК, с помощью которого они собирались искать биомаркеры. В частности, в нее вошла: обработка зонда в растворе МПТМС с толуолом при 70 градусах по Цельсию, промывание чистым толуолом (два раза), метанолом и водой, а также просушивание на воздухе.
После этого на поверхность зонда нанесли искомую последовательность ДНК, которая включает целый набор различных биомаркеров, осевших на нанопокрытии из золота и кремния.
Затем ученые 40-50 минут пропускали через биосенсор заранее определенную щепотку ДНК-мишени и отмыли его буферным раствором высокой и комнатной температуры и посмотрели, как датчики на зонде отреагировали на наличие биомаркеров, а также насколько стабильны те «кусочки пазлов», что должны проявиться при удачной диагностике.
Lucas Vasques
Результаты эксперимента показали, что биологические датчики на наноботе работают корректно. Ему удалось найти пару для «пазлов», задуманных учеными, и при этом определить их концентрацию с большой точностью. Ученые отдельно подчеркнули, что несмотря на свой малый размер, при обработке зонд оказался устойчив к агрессивной химической среде, а это значит, и в «боевых» условиях он будет работать почти безукоризненно — если у применяющих его врачей будут прямые руки, конечно.
В чём же цимес этой разработки?
Помимо того, что у врачей появился новый крутой инструмент для детектирования всякой непонятной дичи, идея может получить и дальнейшее развитие.
Болезни можно не только находить, но и лечить теми же дронами.
Поиск «пазлов» возможно совместить с коррекцией. Дроны могут доставлять лекарства, которые либо будут точечно поступать прямо к очагам заразы, либо оперировать с помощью дополнительных приспособлений не отходя от кассы
Sander Sammy
Таким образом можно будет лечить не только рак или сложные вирусы, но и более обыденные, но всё равно опасные вещи — тромбы, камни в почках, патологии сердца и мозга. Стоит ли говорить, сколько нервов и жизней простых людей это может сберечь?
Все, что осталось — довести этих роботов до ума и пустить в серию. Конечно, это потребует создания новых производственных цепочек и модернизации старых, но в целом, как что-то невозможное это не выглядит. Точно можно сказать одно: будущее уже произошло.