Ученые из Великобритании и США разработали и успешно испытали метод определения рака по цвету мочи. Для этого нужно только ввести в кровь зонды, состоящие из наночастиц золота, белка и пептидных связей, которые распознаются белками-маркерами ракового заболевания. Раковый белок разрезает пептидную связь, наночастицы попадают в мочу и придают ей синий цвет, который и выдает присутствие в организме раковых клеток. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.
По мере того, как инфекции все слабее влияют на среднюю продолжительность жизни, возрастает роль сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Для того, чтобы бороться с раком эффективнее, нужно раньше его обнаруживать, ведь на шансы выживания больного время обнаружения рака играет большое значение. Например, в случае с раком груди, диагноз на начальной стадии, когда рак локализован, дает пациенту почти 100 процентов на излечение, а вот если рак выявлен на стадии, когда он дал метастазы в другие части тела, шансов остается в пять раз меньше. Один из способов выявить рак на ранних стадиях без надобности брать образцы тканей или визуального осмотра (особенно в случаях рака внутренних органов) — найти его по биомаркерам, которые можно найти в крови.
Молли Стевенс (Molly M. Stevens) из Имперского колледжа Лондона и ее коллеги предложили метод, который позволит находить рак с помощью анализа мочи. Для этого они решили использовать микроскопические сенсоры, которые содержат наночастицы золота. Золото может быть катализатором разложения перекиси водорода, что может окислить краситель — например, тетраметилбензидин, который приобретает синий цвет. Чтобы золото оказалось в моче естественным путем, нужно, чтобы его отфильтровали почки, а для этого оно должно сначала оказаться в крови.
Но при этом золото должно пройти фильтрацию, только если в крови есть какие-то характерные для рака вещества. Ученые создали комплекс, состоящий из наночастиц золота, белка и цепочек пептидов, которые золото с белком связывают. Молекула белка нейтравидина здесь играет роль якоря, который делает весь наносенсор слишком большим, чтобы он отфильтроваться в почках, а пептидная связь — это приманка, на которую реагирует фермент MMP9, выделяемый раковой опухолью. Этот фермент относится к семейству металлопротеиназ, которые рак использует для разрушения связей между соседними здоровыми клетками.
По замыслу ученых MMP9, который есть в крови ракового больного, разрезает пептидную связь между белком и золотой частицей. Золото, которое больше ничто не держит, проходит фильтрацию и попадает в мочу. А если в эту мочу добавить перекись водорода и краситель, то в присутствии золота он станет синим. Таким образом можно будет узнать, что в крови присутствуют белок, специфичный для рака. Хотя он есть и крови здоровых людей, на заболевание укажет скорость, с которой после введения в кровь нанозондов моча посинеет.
Ученые собрали зонд и после проверки на имитации мочи перешли к опытам на мышах. Для этого они использовали две группы мышей, по 14 особей в каждой. В экспериментальной группе грызунам были имплантированы клетки колоректального рака человека, а контрольная группа состояла из здоровых животных. После развития опухоли мышам ввели в кровь раствор, содержащий нанозонды с золотом, и через час собрали мышиную мочу.
Добавив в мочу больных мышей тетраметилбензидин и перекись водорода, ученые увидели насыщенный синий цвет. Моча здоровых мышей оставалась желтой. Хотя видна невооруженным глазом, ученые измерили интенсивность на колориметре. Оказалось, что сигнал мочи больных мышей в 13 раз сильнее, чем здоровых.
Все зонды целиком вывелись из организма животных в течение четырех недель, не причинив никакого заметного вреда их здоровью. Как пишут ученые, их наносенсор может пригодиться для выявления и других видов рака, у которых есть свои характерные протеазы. Кроме рака можно обнаруживать и другие болезни, при которых повышается уровень белков-протеаз — например, тромбин связывают с сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Мы уже писали о том, как по моче можно ставить диагноз. Так, например, изменение запаха мочи показало на признаки болезни Альцгеймера. Американские ученые провели исследование на мышах с геном белка-предшественника амилоида APP, ответственного за повление характерных бляшек при болезни Альцгеймера. Оказалось, что изменения запаха мочи этих мышей появляются раньше, чем поражения мозга.
Максим Абдулаев
Ученые управляли частотой сердечных сокращений животных с помощью оптогенетического кардиостимулятора