Группа исследователей из США создала новые биосенсоры, способные быстро обнаруживать антигены болезни Лайма, на основе транзисторов из углеродных нанотрубок. Устройство может выявлять биомаркеры даже при их крайне низкой концентрации, в отличие от существующих методов традиционного иммуноферментного анализа.

Болезнь Лайма вызывают укусы клещей, переносящих бактерии Borrelia burgdorferi. Каждый год в мире регистрируются сотни тысяч заболевших. Только в США их число достигает 30 тыс. ежегодно. Стоит отметить, что заболевание часто достаточно сложно контролировать, особенно на ранних стадиях, поскольку до сих пор в арсенале врачей отсутствуют достаточно чувствительные методики обнаружения бактерий в организме.

При этом позднее выявление заболевание может быть опасным, поскольку болезнь на фоне других проблем со здоровьем, может вызвать артрит и даже постоянные неврологические расстройства.

Похоже, эта проблема была решена группой ученых из University of Pennsylvania (США). Исследователи создали новый биосенсор, чувствительный к болезни Лайма.

Устройство состоит из большого массива полупроводниковых углеродных нанотрубок, представляющих собой транзисторы. В ходе эксперимента эти нанотрубки были получены путем химического осаждения из парообразного состояния на пластине из оксида кремния.

Как заявили ученые,

применяя техники ковалентной химии, разработанные в их лаборатории, они могут достаточно эффективно присоединять специфические антитела к углеродным нанотрубкам. Эти антитела обладают высоким сродством к белку из жгутиковой бактерии, вызывающей болезнь Лайма. Таким образом, если антиген Лайма присутствует в образце, он будет захвачен антителами, что обеспечит изменение электронных свойств транзистора на основе нанотрубок.

В настоящее время созданное устройство может выявлять концентрации антигена Лайма на уровне 1 нг/мл, что более чем на порядок превосходит возможности существующих методик анализа мочи (для которых предельной считается концентрация в 15 нг/мл). По точности определения методика сравнима с традиционным иммуноферментным анализом.

Как отмечают ученые, для постановки точного диагноза одной лишь чувствительности метода не достаточно. На сегодняшний день медики предпочитают двухуровневый подход к диагностике болезни. На первом уровне выполняется иммуноферментный анализ, который может дать ложные отрицательные результаты, если пациент имеет заболевание, аналогичное болезни Лайма (к примеру, риккетсиоз). Более того, методика не может различить антитела болезни Лайма, появившиеся в результате действия активной инфекции, от тех, что являются следствием болезни, протекавшей ранее. На втором уровне применяется иная методика, способная выявить именно бактерии Borrelia burgdorferi. Сама по себе данная методика может выдать ложные положительные результаты и ненужное лечение пациента.

Предложенный подход на основе нанотрубок избавлен от проблем упомянутых выше методов, поскольку речь идет о выявлении только антител к болезни Лайма. Это означает, что он не дает никакой задержки между заражением и возможностью выявления болезни. Кроме того, нет опасности ложного положительного результата из-за предыдущих инфекций, поскольку антигены, к которым чувствителен метод, присутствуют только в активных бактериях.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Стоит отметить, что в основе работы ученых лежат те же принципы, что использовались ранее при выявлении биомаркеров рака с использованием углеродных нанотрубок. Как считают исследователи, вполне вероятно, что подобные работы приведут к тому, что они смогут обнаружить подобными устройствами практически любую болезнь.

В ближайшем будущем команда планирует улучшить предел обнаружения антигена, путем присоединения вместо целых антител лишь их фрагмента. Это позволит антигенам размещаться ближе к нанотрубкам, что приведет к увеличению чувствительности метода (возможно, на несколько порядков).

Как говорят сами ученые, уже есть несколько организаций, заинтересовавшихся возможностью коммерческого использования технологии.