Исследователи из Китая заявляют, что наночастицы золота смогут оказаться полезными в диагностике самых разнообразных опухолевых заболеваний за счет определения внутриклеточной активности теломераз.

Теломераза представляет собой фермент, способствующий удлинению концевых фрагментов хромосом – теломеров, за счет связывания с ними коротких нуклеотидных цепочек.

Предназначение теломеров заключается в обеспечении процесса репликации ДНК во время деления клеток, в ходе этого процесса теломеры расходуются. После расходования теломеров ДНК клетки теряет способность к репликации до тех пор, пока теломераза не поспособствует расширению теломеров.

Обычно в организме человека лишь небольшое количество клеток способно к экспрессии теломеразы, поэтому подавляющее большинство клеток оказывается неспособным к независимому воспроизводству. Тем не менее, перерождение клетки в опухолевую приводит к тому, что она начинает вырабатывать теломеразу, в результате чего начинается неконтролируемое деление клеток.

То обстоятельство, что теломераза вырабатывается клетками не менее, чем 85% известных типов злокачественных опухолевых заболеваний обуславливает возможность использования теломеразы в качестве общего биомаркера опухолей, однако существующие в настоящее время методы количественного определения теломеразы отличаются невысокой точностью и чувствительностью, требуют значительных материальных и временных затрат.

Химики из Китайской Академии Наук, работавшие под руководством Сяоганя Ку (Xiaogang Qu) решили разработать новую систему детектирования теломераз, основанную на том, что наночастицы золота характеризуются флуоресцентными свойствами, при этом цвет флуоресцентного излучения зависит от степени их агрегации в растворе. Степень агрегации зависит от ряда факторов – увеличение концентрации соли в растворе стимулирует образование агрегатов в то время как молекулы, связывающиеся с поверхностью наночастиц, в ряде случаев способны препятствовать агрегации.

Рис. 1. С увеличением концентрации
теломеразы интенсивность окраски увеличивается.
(Рисунок из Small, 2011; DOI: 10.1002/smll.201101938).

Исследователи из группы Ку нанесли на поверхность наночастиц синтетическую версию теломеров, способную удлиняться в результате каталитического воздействия теломеразы. Помещение этих золотых наночастиц в солевой раствор приводило к агрегированию частиц и переходу от красной к синей флуоресценции. Однако если до помещения в солевой раствор модифицированные наночастицы золота контактируют с теломеразой, увеличение объемов теломеров препятствует агрегации наночастиц, и при этом сохраняется красная окраска флуоресценции.

Исследователи продемонстрировали, что теломераза, образованная всего лишь десяти раковыми клетками, вызывает изменения флуоресценции, которые можно наблюдать невооруженным глазом, с помощью метода спектрофотометрии можно обнаружить теломеразу, экспрессируемую единичной клеткой опухоли. Такая чувствительность значительно превышает чувствительность существующих методов определения теломеразы. Еще одним преимуществом новой системы является ее экспрессность – детектирование теломеразы новым методом осуществляется за 10 минут (для определения теломеразы существующими методами требовалось несколько часов).