新しい CRISPR を搭載した光センサーは、一滴の血液に含まれる最もかすかな癌のささやきを検出できます。
科学者たちは、血液中の極微量のがんバイオマーカーを識別できる高度な光ベースのセンサーを開発しました。この技術により、最終的には医師が定期的な血液検査を通じてがんやその他の病気の警告兆候を早期に検出できるようになる可能性がある。
タンパク質、断片などのバイオマーカーDNA、または他の分子は、がんが存在するかどうか、がんがどのように進行しているか、または人のリスクレベルを知らせることができます。課題は、病気の初期段階ではこれらの分子が非常に微量に存在するため、測定が困難であることです。
「私たちのセンサーは、DNAで作られたナノ構造と量子ドットおよびCRISPR遺伝子編集技術を組み合わせており、第二高調波発生（SHG）として知られる光ベースのアプローチを使用して、微弱なバイオマーカーシグナルを検出します」と、中国の深セン大学の研究チームリーダー、ハン・チャン氏は述べた。 「このアプローチが成功すれば、病気の治療が簡素化され、生存率が向上し、全体的な医療費が削減される可能性があります。」
書き込み中光学式Optica Publishing Group の影響力の高い研究ジャーナルで、Zhang らは、センサーが患者サンプル中の肺がんバイオマーカーをアトモル以下のレベルで検出したと報告しました。これは、分子が少数しか存在しない場合でも、明確な信号を生成できたことを意味します。このシステムはプログラム可能であるため、ウイルス、細菌、環境毒素、または次のような状態に関連するバイオマーカーを識別するために適応できる可能性があります。アルツハイマー病病気。
「早期診断のために、この方法は、CTスキャンで腫瘍が見える前に肺がんの簡単な血液スクリーニングを可能にする可能性を秘めています」とZhang氏は述べた。 「また、医師が画像検査の結果を数か月待つことなく、患者のバイオマーカーレベルを毎日または毎週監視して薬の有効性を評価できるようになり、個別化された治療の選択肢を前進させるのにも役立つ可能性があります。」
増幅不要の光センシング技術
バイオマーカーを検出するための現在のほとんどの方法では、微小な分子シグナルを増強するために化学増幅が必要ですが、このプロセスでは時間、複雑さ、コストが増加する可能性があります。研究者らは、これらの余分な手順を回避する直接検出方法を設計することを目指しました。
新しいプラットフォームは、入ってくる光を波長の半分の光に変換する非線形光学効果である SHG に依存しています。このシステムでは、SHG は二硫化モリブデン (MoS) と呼ばれる二次元半導体の表面で発生します。2).
信号を微調整するために、チームはDNA四面体（完全にDNAから構築された小さなピラミッド型のナノ構造）を使用して、MoSから正確な距離に量子ドットを配置しました。2表面。これらの量子ドットは局所的な光場を強化し、SHG 応答を強化します。
次に、特定のバイオマーカーを認識するために CRISPR-Cas 遺伝子編集が組み込まれました。 Cas12a タンパク質は標的を識別すると、量子ドットを固定している DNA 鎖を切断します。この動作により、SHG 信号が測定可能なほど減少します。 SHG 技術はバックグラウンド ノイズをほとんど発生しないため、システムは非常に低いバイオマーカー濃度を高感度で検出できます。
「DNA を生物学的物質としてのみ見るのではなく、プログラム可能な構成要素として使用し、ナノメートル レベルの精度でセンサーのコンポーネントを組み立てることができます」と Zhang 氏は述べています。 「背景ノイズを効果的に最小限に抑える光学的非線形センシングと増幅のない設計を組み合わせることで、私たちの方法は速度と精度の明確なバランスを提供します。」
肺がんサンプルによる検査の成功
パフォーマンスを評価するために、研究者らは肺がんに関連するマイクロRNAであるmiR-21に焦点を当てた。管理された緩衝液での検出を確認した後、実際の血液検査条件を模倣して、肺がん患者からのヒト血清を使用してセンサーをテストしました。
「センサーは非常にうまく機能し、光学、ナノマテリアル、生物学の統合がデバイスを最適化する効果的な戦略になりうることを示しました」と Zhang 氏は述べています。 「このセンサーは非常に特異的であり、他の同様のセンサーを無視しました。RNAストランドを検出し、肺がんの標的のみを検出します。」
次のステップは光学系を縮小することです。研究チームは、ベッドサイド、外来診療所、または医療リソースが限られている遠隔地での使用に適した、コンパクトでポータブルなデバイスを開発したいと考えています。
参考文献：「DNAプログラム可能な量子ドット/MoS2無秩序メタ表面におけるSHG変調を使用したがんバイオマーカーのサブアトモルレベルのバイオセンシング」Siyi Han、lingfeng gao、Qiao Jiang、Wenbo Du、Shi Chen、Yi Liu、Han Zhang、Xilin Tian、Yong Liu、Zheng Xie、Linjun Li、Ke Jiang、およびジー・チェン、2026 年 2 月 12 日、光学式.
DOI: 10.1364/OPTICA.577416
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