Ученые IBM разработали первую «лабораторию на чипе» (микросистему полного анализа), способную фильтровать биологические частицы на наноуровне. Она позволит врачам диагностировать такие заболевания, как рак, до появления первых симптомов у пациента.

Как сообщает журнал Nature Nanotechnology, команде IBM удалось отфильтровать биочастицы размером до 20 нм (нанометров) в диаметре, которые включают также такие важные частицы, как ДНК, вирусы и экзосомы. Анализ выделенных частиц поможет врачам выявить признаки заболеваний до появления физических симптомов, когда шансы на успешный исход лечения наиболее высоки. До сих пор похожие технологии могли улавливать только объекты в 50 раз крупнее, например, отделять циркулирующие опухолевые клетки от остальных биологических компонентов.

IBM занимается разработкой новой технологии совместно со Школой медицины Икан на горе Синай и планирует протестировать ее при диагностике рака простаты, самого распространенного ракового заболевания среди американских мужчин.

В эру прецизионной медицины экзосомы рассматриваются в качестве полезных биомаркеров при диагностике и прогнозировании злокачественных опухолей. Экзосомы содержатся в легкодоступных жидкостях организма, например, в крови, слюне или моче. Они являются ценным биомедицинским инструментом, поскольку их можно использовать при неинвазивной жидкой биопсии, и таким образом изучить причины возникновения и характер рака.

При разработке «лаборатории на чипе» ученые IBM ориентировались на экзосомы, поскольку существующие системы не могут отфильтровать эти микрочастицы из жидких биопсий. Экзосомы, размер которых варьируется от 20 до 140 нм, содержат информацию о жизнеспособности той клетки, из которой они были извлечены. Переносимые экзосомами данные о размере, поверхностные белки и нуклеиновая кислота могут указывать на наличие и степень развития рака и других заболеваний.

Технология «лаборатории на чипе» помогает врачам, позволяя гораздо быстрее, проще и легче диагностировать заболевания, не требуя при этом большого объема пробы. В дальнейшем планируется создать единый кремниевый чип, куда будут встроены все необходимые инструменты для анализа заболевания. Он сможет заменить полноценную биохимическую лабораторию.

Используя технологию наноразмерного детерминированного бокового смещения (nano-DLD), ученые IBM Джошуа Смит и Бенджамин Вунш разработали технологию «лаборатории на чипе», которая пропускает образец жидкости через кремниевый чип, содержащий асимметричный массив стержней. Эти стержни сортируют микроскопические потоки наночастиц, задерживая объекты размером до десятков нанометров. Уже созданный IBM чип имеет размер 2×2 см, однако ученые планируют увеличить плотность и тем самым повысить функциональность и производительность новой технологии.