Biochip para detectar células cancerosas. Un biochip o microarray es un dispositivo para el diagnóstico temprano de células cancerosas, el seguimiento del tratamiento del cáncer y el seguimiento de la curación. Laboratorio del tamaño de un sello postal

Los biochips creados en el Instituto de Biología Molecular no necesitan ser implantados en ningún lugar.

Estas pequeñas cosas pueden decirle en un día qué medicamentos tratar la tuberculosis de un paciente determinado, distinguir el terrible virus de la gripe aviar de otros virus y mostrar si una persona tiene probabilidades de contraer cáncer.

HISTORIA DEL "BIOCHIP RUSO"

Cuesta creer que un dispositivo en miniatura montado sobre un portaobjetos de vidrio (del tipo en el que normalmente se coloca un medicamento para examinarlo bajo un microscopio) pueda reemplazar todo un laboratorio de diagnóstico. ¡Pero esto es verdad! “Al igual que los chips electrónicos, los biochips procesan una gran cantidad de información mediante análisis paralelos”, explica Dmitry Gryadunov, empleado del Laboratorio de Microchips Biológicos del Instituto de Biología. En pocas palabras, al mismo tiempo, en un solo chip se llevan a cabo muchos (hasta varios cientos) de distintos análisis.

Aún más sorprendente es la historia del origen del biochip, que es un producto puramente nacional; no es casualidad que en el extranjero todavía se le llame “biochip ruso”. Todo comenzó a finales de los años 80 del siglo pasado, cuando un equipo de científicos del Instituto de Biología Molecular de la Academia de Ciencias de Rusia (IMB), bajo la dirección del académico Andrei Mirzabekov, fallecido tristemente temprano, en 2003, Se dedicó a fabricar un analizador universal en miniatura. La idea, por supuesto, ya estaba en el aire. Pero sólo nuestros especialistas lograron hacer realidad esta idea.

Como dijo una vez Andrey Mirzabekov, en aquel momento el mundo entero estaba fascinado por el proceso de descifrar el genoma humano, y él y sus colegas propusieron utilizar biochips para estos fines. Pero muy pronto se dieron cuenta de que los nuevos dispositivos podrían ser útiles para resolver una variedad de problemas prácticos, por lo que se apresuraron a dar el siguiente paso: desarrollar la tecnología. ¡Y lo lograron! Los biochips han iniciado su marcha victoriosa alrededor del mundo.

A mediados de los años 90, cuando cesó casi por completo la financiación de la ciencia rusa, el académico Mirzabekov fue invitado al Laboratorio Nacional Argonne en Estados Unidos. Dijo que trabajaría en Chicago sólo si se creaba allí un grupo de investigación conjunto que incluyera especialistas estadounidenses y rusos. Así lograron los biólogos moleculares rusos sobrevivir a los “divertidos años 90”, los más difíciles para la ciencia rusa. Durante su trabajo en Estados Unidos, recibieron más de 10 patentes. Con el dinero que ganamos compramos equipos y creamos un laboratorio integral en el IMB.

El "biochip ruso", como se le llamó en el extranjero, recibió reconocimiento. Motorola y HP compraron el derecho a utilizar la tecnología y luego registraron su patente para la tecnología modificada. En respuesta, los científicos del IMB desarrollaron y patentaron una tecnología más avanzada.

ATAQUE A LA TUBERCULOSIS

El primer objeto en el que se probó el nuevo método fue la tuberculosis. Cada año, unos 30 millones de personas en todo el mundo se infectan y unos 2 millones mueren a causa de ella. En Rusia se ha desarrollado una situación particularmente difícil con respecto a la tuberculosis, donde en los años 90, debido a numerosos problemas sociales Los agentes causantes de la tuberculosis, las micobacterias o, como también se les llama, los bacilos de Koch, han mutado y se han vuelto inmunes a los medicamentos tradicionales. Hasta la fecha se conocen unas 40 cepas mutantes.

En el enfoque tradicional, después de que a un paciente se le ha diagnosticado tuberculosis mediante métodos de rayos X, se le trata con los llamados medicamentos de primera línea, que incluyen rifampicina e isoniazida. Al mismo tiempo, se realiza un estudio microbiológico del patógeno para establecer su sensibilidad a estos fármacos. Esto lleva de dos a tres meses. Y cuando resulta que estos fármacos no actúan sobre esta forma de micobacterias, el paciente lleva varios meses tomando fármacos innecesarios y, además, drogas nocivas, habiendo logrado transmitir una forma de tuberculosis resistente a los medicamentos a todas las personas con las que entró en contacto. Por supuesto, los médicos todavía tienen medicamentos de “segunda línea”, pero les puede pasar lo mismo. Por tanto, un diagnóstico rápido y preciso de la tuberculosis es muy, muy importante.

Si se utilizan biochips, se puede realizar un diagnóstico en menos de un día. Se aísla el ADN de la muestra del paciente y se realiza una reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para multiplicar la sección de ADN donde pueden ocurrir genes mutados de resistencia a los antibióticos. El análisis posterior del biochip ayudará a determinar con cuál de las docenas de cepas mutantes de tuberculosis está infectado el paciente. Pero todavía había que crear estos biochips mágicos.

Desde 1998, los científicos del IMB, junto con especialistas del Centro de Lucha contra la Tuberculosis de Moscú, luchan por resolver este problema. En 2004, su trabajo se vio coronado por el éxito: se certificó el diagnóstico mediante biochips. Hoy en día se producen dos tipos de dispositivos: para detectar la sensibilidad de las micobacterias a los fármacos de primera y segunda línea. “Producimos entre 1.500 y 2.000 biochips al mes y en el futuro llegaremos a 3.000-4.000”, dice Viktor Barsky. “Aunque el país necesita al menos 2 millones de biochips al año. demanda insolvente Nuestros biochips se utilizan en 8 dispensarios antituberculosos en Rusia: en Moscú, San Petersburgo, Ekaterimburgo, Novosibirsk, Kazán y Saratov. Ahora hemos recibido un pedido para equipar 10 más. centros medicos"También se concluyó un acuerdo con la Dirección General de Ejecución de Penas del Ministerio de Justicia de la Federación de Rusia sobre el diagnóstico de tuberculosis en los prisioneros. No se puede subestimar la importancia de esta decisión, porque es en los campos rusos donde se encuentran los resistentes a los medicamentos. Se originó la tuberculosis y comenzó a recoger sus terribles cosechas en todo el mundo.

BIOCHIP DESAFÍA EL CÁNCER

Sin embargo, los investigadores del IMB no se quedaron ahí. Lograron crear biochips para diagnosticar ciertos tipos de cáncer. Estos biochips son de varios tipos y funcionan de manera fundamentalmente diferente.

Con un tipo de biochip se puede, por ejemplo, identificar una predisposición al cáncer de mama, de ovario, de próstata, etc. “Esto se consigue gracias a que nuestros biochips detectan si hay mutaciones en el genoma de un "Pero estos biochips son difíciles de certificar, ya que sólo muestran la probabilidad de enfermedad y, afortunadamente, una persona no puede enfermarse".

La situación es diferente con los biochips para diagnosticar el cáncer de sangre y la leucemia. Es causada por varios reordenamientos cromosómicos. Exteriormente, estos tipos de leucemia son indistinguibles entre sí, pero deben tratarse de manera diferente. Con algunas leucemias, el paciente se puede curar con medicamentos modernos, pero con otras, ni siquiera deberías intentarlo, necesitas un trasplante de inmediato. médula ósea. Los biochips permiten identificar inmediatamente qué tipo de reordenamiento cromosómico causó la leucemia, lo que permite al médico elegir inicialmente la estrategia de tratamiento adecuada. Actualmente, se están certificando biochips para el diagnóstico de leucemia. Los biochips también permiten distinguir inmediatamente qué tipo de cáncer de mama, bien curable o mal curable, padece la paciente.

Y finalmente, gracias a los biochips, el sueño de muchas generaciones de médicos de diagnosticar el cáncer en las primeras etapas de la enfermedad, cuando todavía es fácilmente curable, se ha hecho realidad. Esta técnica se basa en que, para determinados tipos de cáncer, determinadas proteínas marcadoras de tumores aparecen en la sangre y los biochips las diagnostican. Es cierto que para encontrar y analizar marcadores tumorales ya no necesitamos biochips de ADN, sino biochips de proteínas. Las sondas que contienen son proteínas antigénicas, que espacialmente corresponden a proteínas de anticuerpos en la sangre del paciente. Sin embargo, los científicos rusos no están solos en este ámbito. Biochips similares se producen con gran éxito en el extranjero. Los científicos nacionales deben esforzarse mucho para ganar esta competencia.

JACK DE TODOS LOS COMERCIOS

Pero el ámbito de aplicación de los biochips no se limita a esto. Los biochips se producen para diversos fines. Identificar los patógenos de la influenza A, incluida la influenza aviar, el herpes, la hepatitis B y C, diversas infecciones en mujeres embarazadas y recién nacidos, para determinar la predisposición a enfermedades cardiovasculares. Y también los hay que pueden ser de utilidad para los criminólogos, ya que determinan el género y el tipo de sangre. Los científicos están trabajando en biochips para detectar toxinas estafilocócicas, cólera, difteria, tétanos y patógenos. ántrax y la peste, un tipo de virus de la viruela. “Con la ayuda de biochips es posible determinar si una persona tolerará un determinado medicamento e incluso si es genéticamente adecuada para una determinada profesión”, afirma Viktor Barsky. “Por ejemplo, existen genes responsables del bienestar de una persona. resistencia a la deficiencia de oxígeno. Esto significa que "los propietarios de estos genes pueden trabajar, por ejemplo, en altura. Estos genes pueden identificarse".

Hay que decir que otros grupos de investigación en Rusia también están trabajando en biochips. Científicos del Instituto de Investigación de la Gripe de la Academia Rusa de Ciencias Médicas de San Petersburgo, junto con el Instituto de Síntesis Bioorgánica de Moscú, están desarrollando un biochip para el diagnóstico rápido de los virus de la gripe. Este dispositivo parece una tarjeta de crédito con receptores incorporados para reconocer virus humanos y aviares. Como explicó el director del instituto, el académico de la Academia Rusa de Ciencias Médicas, Oleg Kiselev, aplicando material biológico de un ave enferma a un biochip, se puede descubrir rápidamente qué tipo de virus de la influenza padece.

Especialistas del Instituto Estatal de Investigación de Medicina Experimental de la Academia Rusa de Ciencias Médicas están desarrollando un microchip biológico para detectar etapa temprana una de las complicaciones graves diabetes mellitus- nefropatía diabética. Este es un biochip de proteínas, las sondas que contiene son fragmentos de proteína G genéticamente modificada, que se une a la albúmina humana. El biochip es capaz de detectar concentraciones muy pequeñas de albúmina en la orina, que indican daño renal, y controlar los cambios en este indicador durante el tratamiento.

En el Centro de Investigaciones Hematológicas de la Academia Rusa de Ciencias Médicas se están creando biochips de proteínas basados ​​en inmunoglobulinas, que permiten encontrar patógenos en la sangre. varias enfermedades, así como anticuerpos, hormonas, citoquinas y células tumorales.

¿NOS AYUDARÁ EL EXTRANJERO?

Desde su invención, los biochips rusos han adquirido una merecida popularidad tanto en nuestro país como en el extranjero. “Hay socios europeos que están interesados ​​en la más amplia implementación de nuestra tecnología”, afirma Alexander Zasedatelev, subdirector de Ciencias del Instituto de Biomedicina de la Academia de Ciencias de Rusia, doctor en Ciencias Biológicas. “Por ejemplo, el hospital francés de Rusia. Toulouse utiliza biochips rusos para diagnosticar variedades del virus de la hepatitis C, ya que los diferentes tipos de enfermedades deben tratarse de forma diferente. Pronto se utilizarán en otros hospitales franceses". En Brasil se utilizan con éxito biochips rusos para diagnosticar el cáncer de sangre. En los países de la antigua CEI, la tecnología se utilizará en Bielorrusia, Ucrania y Kirguistán. También recibimos una solicitud de Corea. En Estados Unidos, los dispositivos y biochips rusos están disponibles en varias organizaciones: el Centro para el Control de Enfermedades, la Administración de Alimentos y Medicamentos y un hospital en Arkansas que trata la tuberculosis entre inmigrantes. “No vendemos nuestros biochips en el extranjero, sino que los transferimos en el marco de proyectos científicos”, subraya Viktor Barsky. También se han abierto perspectivas completamente inesperadas para los biochips: no hace mucho que la NASA se interesó en las posibilidades de utilizarlos para detectar vida extraterrestre.

Por supuesto, los biochips también se producen en el extranjero: varias empresas de biotecnología en EE.UU. (Affymetrix, Clontech, Motorola, etc.), en Japón (Hitachi, Matsushita, Fuji) y en Europa. Los estadounidenses han logrado un número récord de sondas de ADN colocadas en una matriz: hasta decenas y cientos de miles. Los biochips domésticos tienen relativamente poca gran número células con sondas: de 1000 a 4000. Pero para diagnosticar un grupo de enfermedades, esto es suficiente. Debido a la simplicidad, fue posible reducir el precio y simplificar el análisis. "El precio de un análisis con un biochip ruso es de 500 rublos", dice Dmitry Gryadunov, "y en Estados Unidos un análisis cuesta 2.000 dólares, por lo que nuestros biochips, a diferencia de los extranjeros, son aptos para un uso masivo".

En los últimos años, Rusia también se ha interesado por los biochips. El proyecto "Biochips" recibió un contrato gubernamental con la Agencia Federal para la Ciencia y la Innovación (Rosnauka) en el marco del área prioritaria "Sistemas vivos".

LABORATORIO DEL TAMAÑO DE UN SELLO

El biochip está diseñado de la siguiente manera. Sobre la matriz del sustrato hay muchas células con un hidrogel (de unas 100 micras de diámetro, por lo que pueden caber hasta mil células en un centímetro cuadrado). Las células contienen moléculas sonda: según la finalidad del biochip, pueden ser fragmentos de ADN, ARN o proteínas. Cada celda es un análogo de un microtubo en el que se produce una reacción entre las moléculas sonda y las moléculas de la muestra de prueba. Si estas moléculas encajan como la llave de una cerradura, se produce la llamada hibridación: las moléculas están unidas por enlaces químicos. La celda en la que ocurrió la reacción emite fluorescencia (porque la muestra está pretratada con una etiqueta luminosa). En un dispositivo analizador especial llamado "detector de chip", la configuración de puntos luminosos mostrará qué mutaciones hay en las células del paciente, detectará bacterias y virus e identificará las formas genéticas de los microorganismos que causan enfermedades.

CÓMO SE FABRICAN LOS BIOCHIPS

Los biochips se pueden fabricar de diferentes formas. La empresa estadounidense Affymetrix, líder en esta dirección, los produce de la misma forma que los chips electrónicos (está ubicada en Silicon Valley, California). Con esta técnica, los fragmentos de ADN (sondas) se cultivan directamente sobre una placa de vidrio mediante fotolitografía. Es el alto nivel de desarrollo de la microelectrónica lo que ha hecho posible lograr resultados tan impresionantes: decenas y cientos de miles de sondas en un solo biochip.

El IMB RAS utiliza un enfoque diferente. Los fragmentos de ADN se sintetizan por separado y luego se aplican a un sustrato en un orden estrictamente definido. Este trabajo lo realizan robots controlados por computadora. Un chip doméstico tiene capacidad para entre 100 y 4.000 sondas.

ÚLTIMOS LOGROS

Los campos de aplicación de los biochips se amplían cada año. Éstos son sólo los más interesantes de ellos.

BIOCHIPS PARA EL EJÉRCITO

Especialistas de la Universidad Northwestern de EE.UU. han desarrollado un biochip para el ejército estadounidense que puede detectar la contaminación bacteriana. ambiente. Si el ADN de microbios patógenos entra en contacto con él, los fragmentos de sondas de ADN con partículas microscópicas de oro adheridas se alinean en una fila. La corriente fluye entre los electrodos y el biochip señala una amenaza.

BIOCHIPS PARA DEPORTISTAS

La empresa española Sabiobbi inventó un biochip que permite determinar el efecto del entrenamiento en el cuerpo de los deportistas. Examina simultáneamente 17 genes asociados con las capacidades físicas y metabólicas del cuerpo. Los resultados de la prueba se pueden correlacionar con las cargas que experimenta el atleta durante el entrenamiento y se puede ajustar el programa. Este invento, creen los autores, ayudará a evitar casos de muerte prematura por sobrecarga física.

BIOCHIPS PARA POLICÍAS

Los chips biosensores basados ​​en nanopartículas magnéticas y sensores magnéticos ultrasensibles responden a la unión de determinadas biomoléculas de una muestra mediante sondas situadas en la superficie de las nanopartículas. Los desarrollos avanzados en esta área pertenecen a Philips Research Laboratories. Un biosensor de este tipo es capaz de determinar trazas de concentraciones de morfina en la saliva en 1 minuto: 10 nanogramos por mililitro.

BIOCHIPS PARA MÉDICOS

La empresa farmacéutica suiza Roche ha comenzado a suministrar al mercado estadounidense el primer biochip del mundo, con el que un médico puede determinar de antemano la eficacia de un determinado fármaco para un paciente determinado y qué reacciones adversasél puede llamarlo. El biochip se basa en una tecnología desarrollada por la empresa estadounidense Affymetrix. El biochip analiza mutaciones en dos genes que desempeñan un papel importante en la absorción de aproximadamente una cuarta parte de todos los medicamentos vendidos, como los antidepresivos y los reductores de la presión arterial.

BIOCHIPS PARA ASTRONAUTAS

Especialistas del Centro Espacial Marshall de Estados Unidos están desarrollando la tecnología de biochips con componentes electrónicos. Un chip de este tipo puede detectar bacterias, proteínas, ADN y, según la NASA, será útil para dos tipos de trabajo. En primer lugar, en el futuro sistemas automatizados buscarán señales de vida en Marte y otros planetas. Y en segundo lugar, como parte del sistema de seguridad para las futuras naves espaciales tripuladas marcianas y estaciones de investigación para encontrar contaminantes biológicos, posiblemente de origen sobrenatural, dentro de áreas habitadas.

Cada uno de nosotros se ha sometido a exámenes en clínicas y tiene una idea de cuánto tiempo y esfuerzo requieren. Hacer un montón de análisis, litros de sangre, y luego soportar una espera de una semana para que los médicos tengan tiempo en sus laboratorios de comprobar nuestros tubos de ensayo en busca de bacterias y virus. Sin embargo, pronto las cosas pueden cambiar radicalmente y los exámenes ya no asustarán a la gente. ¿Qué ayudará a diagnosticar todas las enfermedades muchas veces más rápido?

Hace unos veinte años se desarrolló tecnología de chips biológicos. Este desarrollo pertenece al Instituto de Biología Molecular que lleva su nombre. Engelhardt. Podemos decir que durante todos estos veinte años el desarrollo fue acumulando polvo en los estantes y nadie trabajó en él. Pero ahora los científicos han decidido retomar el trabajo con los chips y planean producir toda una serie de chips en un futuro próximo. La principal ventaja de la tecnología en comparación con nuestros procedimientos de prueba habituales es su eficiencia.

Hay una serie de enfermedades que no se pueden diagnosticar ni siquiera en los mejores doctores lleva varias semanas. Por ejemplo, para identificar el agente causante de la tuberculosis y comprender qué medicamentos se deben recetar a un paciente, los médicos pueden tardar incluso diez semanas, y este es un período de tiempo enorme para un cuerpo enfermo. Todo este tiempo, el paciente permanece en el hospital, tomando medicamentos que no garantizan al 100% que ayudarán al organismo. Para algunos pacientes estos medicamentos son adecuados, pero para otros no aportan ningún beneficio. Como resultado, una persona puede gastar mucho dinero en tratamiento y atención en un hospital, pero no recibirá el tratamiento adecuado. Un solo ejemplo muestra cuán triste es la situación actual de la medicina.

Introducción de chips biológicos

chips biológicos– es la capacidad de analizar la salud del paciente en no más de 24 horas. No sólo supondrán un gran ahorro de tiempo y dinero para el paciente, sino que también ayudarán a todo el sistema sanitario del país a ahorrar una parte importante del presupuesto. La introducción de esta tecnología supone una gran inversión en el campo médico y de ahorro. dinero países. Incluso hay cifras oficiales que dicen que en tan sólo un año el Estado puede ahorrar razonablemente 5 mil millones de rublos gracias a los biochips.

Los ahorros para el paciente se basan en el hecho de que no tiene que gastar dinero en una gran cantidad de pruebas para comprobar la presencia de una enfermedad en todo su cuerpo. Uno de los candidatos de ciencias químicas afirmó que gracias a un solo análisis utilizando nueva tecnología el paciente podrá comprobar en su cuerpo la presencia de ocho marcadores enfermedades oncológicas. Además, según los datos actuales, el chip es capaz de identificar con precisión la enfermedad con un 90% de probabilidad y diagnosticarla correctamente. Ahora una persona debe pagar alrededor de siete mil rublos para hacerse la prueba de todas las enfermedades oncológicas comunes. Con un chip, el paciente no gastaría más de mil rublos. Tomemos como ejemplo la tuberculosis: una vez introducida la tecnología, el paciente necesitará unos quinientos rublos para ser examinado para detectar la presencia de esta enfermedad. Tenga en cuenta que en el extranjero el coste de un chip es de unos dos dólares.

Los microbiólogos realizaron sus investigaciones y afirmaron que con la ayuda de la tecnología existe una buena posibilidad de diagnosticar una gran cantidad de enfermedades en un corto período de tiempo. Por ejemplo, el chip puede detectar muchos tipos de leucemia, VIH, hepatitis B y C, varios tipos de gripe, herpes y muchas otras enfermedades. Las pruebas estarán listas un par de horas después del examen. Si existe la posibilidad de que ocurra una epidemia, uso de biochips jugará un papel importante en la medicina debido a su eficacia.

En menos de un día, los especialistas tendrán la oportunidad de evaluar los riesgos asociados a determinados virus. También podrán determinar el nivel de pandemia. Y esto ya ha sido demostrado. El candidato de Ciencias Biológicas Gryadunov dijo que muchas personas tenían mucho miedo de la gripe H1N1 en el momento de su aparición, aunque, de hecho, no representaba un gran peligro para los humanos, ya que su cubierta proteica era extremadamente vulnerable. En el caso de la gripe aviar, no hay posibilidad de que se produzca una epidemia debido a que no puede transmitirse de una enfermedad humana a otra.

marca de luz

El diseño de los chips no es tan complicado. Hay una placa en miniatura sobre la que se fija la matriz. La matriz contiene muchas células. Su tamaño no supera las cien micras. Sólo un milímetro cuadrado de la matriz puede albergar varios cientos de células. Se pueden comparar con pequeños tubos de ensayo.

Alexander Chudinov, que participa personalmente en el desarrollo de microchips biológicos, afirmó que la base de la tecnología es una propiedad especial de las moléculas de ADN. Se trata de una doble hélice, que está formada por dos cadenas de polímeros. El principio de construcción es complementario.

Los científicos necesitan crear de forma independiente una hebra de un fragmento de ADN; también pueden crear un oligonucleótido. Lo más importante es tener en cuenta la secuencia correcta de construcción del circuito. La secuencia que se forma tras la mutación que revela la enfermedad es correcta. Los científicos necesitan vincular estos segmentos a un chip. A continuación, se debe colocar la matriz en una carcasa especial, donde quedará protegida herméticamente. Sólo queda que el ayudante de laboratorio haga el trabajo: realizar un análisis competente. La muestra puede ser un virus de ADN extraído de sangre o saliva. ¿Es posible estudiar el ADN de un paciente concreto? Por supuesto, si existe, por ejemplo, una predisposición genética a una determinada enfermedad, ésta puede identificarse en unas pocas horas. Incluso existen posibilidades de diagnosticar la tolerancia individual a determinadas enfermedades.

El trabajo de un asistente de laboratorio es el siguiente. La imagen resultante debe enviarse a un tubo de ensayo, después de lo cual se deben agregar algunas enzimas y nucleótidos más (varios nucleótidos están marcados con una sustancia fluorescente).

Como resultado, comienza la reacción de síntesis. Esto conduce a un aumento significativo en el número de segmentos de ADN. Y lo más importante es que cada segmento tendrá un marcador fluorescente. Ahora se vierte la muestra "lista" en el chip. Si hay secuencias que contienen mutaciones, se forma su conexión con los segmentos. A estos segmentos se les han cambiado las secuencias hasta este punto. Como resultado de la secuencia, la celda deseada se colorea con un marcador.

El trabajo no acaba ahí, porque aún hay que encargarse de tratar el chip con determinadas soluciones. Después de este procedimiento, se envía a un dispositivo de lectura especial. Se llama analizador de fluorescencia asistido por computadora. Ahora el programa comienza a funcionar. Analiza el patrón de las células luminosas, gracias al cual aparece información específica sobre aquellos segmentos de ADN que han sufrido cambios. Como resultado, el especialista tiene datos sobre qué genes han cambiado, qué enfermedades tiene el paciente, qué tipo de bacterias y virus afectan su cuerpo.

El formato de la celda es tridimensional. Y esto favorece a los científicos, ya que es posible utilizar una gran cantidad de segmentos de ADN. Cuantos más segmentos, mayor será el porcentaje de precisión de los resultados del análisis. Hoy en día existen incluso células 3D especiales a las que puedes enviar moléculas y estar seguro de que perderán su propiedades biológicas. Para ello se creó un hidrogel que es capaz de mantener propiedades. Se puede comparar un hidrogel con el entorno en el que viven las moléculas en estructuras biológicas; existen muy pocas diferencias. Gracias a tales avances Los biochips pueden funcionar durante 12 meses.. En cuanto a su transporte, no surgen dudas: no se requieren condiciones tecnológicas especialmente críticas.

¿Cómo van las cosas con la tecnología ahora?

Hasta el momento no se verán biochips en las clínicas, ya que el trabajo está sólo en la etapa ensayos clínicos. No se confía ciegamente en los diagnósticos de chips: se comparan con nuestros métodos habituales para identificar enfermedades. Sin embargo, todos los microbiólogos confían en que los biochips son el futuro; sólo hay que prestar suficiente atención a esta tecnología.

Tenga en cuenta que en 2016, muchos estudios tuvieron como objetivo combatir la enfermedad de Alzheimer. También se estudiaron activamente la esquizofrenia y el alcoholismo. También se prestó atención al desarrollo de un sistema de pruebas de diagnóstico, cuya base es precisamente uso de biochips, capaz de identificar la predisposición a las enfermedades anteriores.

No se puede decir que los chips sean un desarrollo que no pueda utilizarse en ningún otro lugar excepto en la atención sanitaria. Incluso los organismos encargados de hacer cumplir la ley han mostrado interés en los biochips. Se han desarrollado chips especiales específicamente para esta área para poder identificar veintitrés marcadores. Se trata de un número elevado porque basta para identificar decenas de miles de variantes diferentes del genoma humano. En términos generales, el chip proporcionará información muy precisa sobre si una persona es capaz de cometer un delito determinado. La prueba requerirá únicamente muestras biológicas, que pueden ser saliva, cabello, etc.

Naturalmente, aún no se han llevado a cabo acciones de investigación utilizando el chip, ya que aún no se ha demostrado cuán precisa y veraz es la información que proporciona. Pero los científicos afirman que el uso de esta tecnología tendrá un efecto extremadamente beneficioso en el desarrollo de la aplicación de la ley. ¿Qué podemos decir al final? La era que antes parecía fantástica en la biología molecular está a poco de llegar.

Microchip biológico, biochip (biochip, griego. biografías- vida y logotipos- concepto, doctrina; Griego micrófonos - pequeño e inglés chip- fragmento): una placa portadora en la que se ubican en un orden determinado numerosas células (hasta varias decenas de miles) con varios oligonucleótidos u oligopéptidos monocatenarios inmovilizados en ellas, cada una de las cuales es capaz de unirse selectivamente a una sustancia específica contenida en una mezcla compleja en la solución analizada. El biochip se utiliza para la investigación genética molecular, el diagnóstico de diversas enfermedades humanas, el diagnóstico rápido de virus altamente patógenos, así como en medicina veterinaria, agricultura, medicina forense, toxicología y protección del medio ambiente. El primer trabajo sobre biochips en formato moderno (con fragmentos de ADN) fue publicado por A. D. Mirzabekov et al. en 1989

Los microchips biológicos o, como se les llama más a menudo, microarrays de ADN, son una de las herramientas más nuevas en biología y medicina del siglo XXI. Actualmente, varias empresas de biotecnología los producen activamente. La tecnología de biochips se puede utilizar con éxito tanto con fines de investigación como para diagnóstico en instituciones médicas.

Utilizando microarrays es posible analizar simultáneamente el trabajo de miles y decenas de miles de genes y comparar su expresión. Esta investigación ayuda a crear nuevos medicamentos, descubra sobre qué genes actúan estos nuevos fármacos y cómo. Los biochips también son una herramienta indispensable para la investigación biológica; en un experimento se puede ver el impacto; varios factores(medicamentos, proteínas, nutrición) para el trabajo de decenas de miles de genes.

Los biochips permiten determinar muy rápidamente la presencia de patógenos virales y bacterianos. Importante uso medico Los biochips son diagnósticos de leucemia y otras enfermedades virales. Los biochips permiten distinguir rápidamente, en cuestión de días o incluso horas, entre tipos de leucemia aparentemente indistinguibles. Los biochips se utilizan para el diagnóstico. varios tipos tumores cancerosos.

El prototipo de los “chips vivientes” modernos fue el Southern Blot, producido en 1975. Ed Sur. Usó ácido nucleico marcado para identificar una secuencia específica entre fragmentos de ADN fijados a un soporte sólido. En Rusia, los científicos comenzaron a desarrollar activamente biochips a finales de la década de 1980 en el Instituto de Biología Molecular de la Academia de Ciencias de Rusia bajo la dirección de A.D. Mirzabekov.

Los biochips se describen con mayor precisión con el nombre en inglés DNA-microarrays, es decir, Esta es la colocación organizada de moléculas de ADN en un soporte especial. Los profesionales llaman a este medio plataforma. La plataforma suele ser una placa de vidrio (a veces se utilizan otros materiales, como el silicio), sobre la que se aplican macromoléculas biológicas (ADN, proteínas, enzimas) que son capaces de unir selectivamente sustancias contenidas en la solución analizada.

Dependiendo de las macromoléculas que se utilicen, existen diferentes tipos de biochips destinados a diferentes propósitos. La mayor parte de los biochips producidos actualmente son chips de ADN (94%), es decir. Matrices que transportan moléculas de ADN. El 6% restante lo componen chips de proteínas.

La disposición organizada de las macromoléculas ocupa un área muy pequeña en la plataforma, del tamaño de un sello postal o una tarjeta de visita. El tamaño microscópico del biochip permite colocar una gran cantidad de moléculas de ADN diferentes en un área pequeña y leer la información de esta área utilizando un microscopio fluorescente o un dispositivo de lectura láser especial (Fig. 2.50).

Los tamaños de células característicos de los microchips modernos están en el rango de 50 a 200 micrones, el número total de células en un chip es de 1000 a 100000 y las dimensiones lineales del chip son de aproximadamente 1 cm. En los biochips de matriz superficial, el ADN está inmovilizado. en la superficie de membranas o placas de vidrio, plástico, semiconductores o metal En los biochips en gel, el ADN se inmoviliza en una capa de gel de poliacrilamida de 10 a 20 micrones de espesor, aplicada a una superficie de vidrio especialmente tratada. Los chips también se pueden cultivar directamente a partir de una placa de vidrio mediante fotolitografía utilizando micromáscaras especiales. El ADN inmovilizado se aplica a la superficie a través de las clavijas de un robot mecánico o mediante tecnología de impresora de inyección de tinta. El control de calidad de la aplicación se lleva a cabo mediante óptica especializada y análisis de imágenes por computadora. Las moléculas de ADN marcadas con el colorante se hibridan posteriormente en el biochip.

El ADN hibridado en solución se marca con una etiqueta fluorescente o radiactiva. En el caso de una mezcla de moléculas de ADN (por ejemplo, ADN natural y ADN con mutaciones), cada una está marcada con un tinte fluorescente diferente. Las propiedades del tinte no deberían depender mucho de la composición (A/T o G/C) del ADN y la temperatura. La intensidad de la fluorescencia en las células se mide utilizando un escáner o un microscopio de fluorescencia que transmite una señal a un dispositivo de carga acoplada. Sin embargo, la fluorescencia es el método principal, pero no el único, para estudiar la hibridación. En particular, también se pueden obtener datos sobre la naturaleza de la hibridación mediante espectrometría de masas, microscopía de fuerza atómica, etc.

El principio de funcionamiento de todo tipo de biochips con ADN inmovilizado se basa en la correspondencia exacta entre ADN complementarios según la regla de Watson-Crick: A-T, G-C. Si la correspondencia entre los nucleótidos del ADN inmovilizado e hibridado satisface exactamente las condiciones de complementariedad, entonces los dúplex resultantes serán termodinámicamente los más estables. Como resultado, a temperaturas finitas habrá más que dúplex imperfectos con violación de las condiciones de complementariedad y, en consecuencia, a los dúplex perfectos corresponderá una señal de fluorescencia más fuerte. El trabajo del dispositivo, el analizador de biochip, consiste en identificar y comparar las células que brillan más intensamente.

El ADN hibridable suele producirse previamente en cantidades suficientes mediante PCR. En tecnologías más avanzadas, la PCR se realiza directamente en el chip. Además, la fragmentación, la fosforilación, la ligadura del ADN o la minisecuenciación se pueden realizar directamente en el chip, en el que la longitud del dúplex aumenta en un par de bases. Esta última técnica se puede utilizar eficazmente para buscar mutaciones.

En Occidente y en Rusia han surgido dos direcciones diferentes y dos estándares diferentes para la creación y el uso de biochips. Los biochips rusos son más baratos, mientras que los occidentales son más grandes. Al mismo tiempo, en Rusia los biochips todavía se fabrican principalmente en laboratorios de investigación, mientras que en Occidente se trata principalmente de investigación militar y producción comercial de chips para diagnóstico.

Médicos del Oncológico Ruso. centro científico a ellos. N.N. Blokhina, junto con sus colegas de Nizhny Novgorod, desarrolló un sistema de prueba único para la investigación inmunocitoquímica. Puede reemplazar a todo un laboratorio, no tiene análogos en el mundo y ha recibido altas calificaciones de los principales oncólogos de Japón. Con esta innovación, es posible determinar la presencia o ausencia de una neoplasia maligna en un paciente en la primera visita a la clínica. El sistema de prueba está diseñado de tal manera que pueda implementarse fácil y rápidamente en todo el país.

El nuevo producto se llama “Biochip”. Fue el resultado de un trabajo conjunto a largo plazo del Centro Ruso de Investigación del Cáncer. N.N. Blokhin, Academia de Medicina de Nizhny Novgorod e Instituto de Epidemiología y Microbiología que lleva su nombre. EN. Blokhina.

El biochip es un desarrollo fundamentalmente nuevo”, dijo a Izvestia uno de los autores del sistema de prueba, jefe del laboratorio de citología clínica del Centro Ruso de Investigación del Cáncer. N.N. Blokhina, oncocitóloga Marina Savostikova. - En 2016 registramos el sistema de prueba en Rusia con fines científicos y recibimos una patente internacional. Colegas de Japón se interesaron por el biochip. A finales de 2016 firmaron con nosotros un acuerdo para transferir el desarrollo a los países de la región Asia-Pacífico.

El sistema de prueba está diseñado para diagnosticar cualquier proceso maligno: cáncer, melanoma, linfoma. Consiste en el propio biochip, un escáner para digitalizar los resultados y un medio de transporte y nutrientes para almacenar el biomaterial.

Un biochip es un sustrato dividido en 15 células al que se añaden diferentes anticuerpos. El biomaterial extraído de un paciente para su análisis (fluido corporal patológico o punteado de una neoplasia) debe procesarse en una centrífuga estándar, que está disponible en cualquier laboratorio, y luego introducirse en las células, donde se produce una reacción cuando se calienta a 37 grados. Para visualizar la reacción, se añaden etiquetas de fluorocromo a los anticuerpos. Cuando el antígeno de una célula cancerosa reacciona con un anticuerpo, la célula comienza a brillar. A partir de este brillo se puede determinar inmediatamente si hay células tumorales en la muestra o no.

Se trata de un método de inmunocitoquímica fluorescente”, explicó Marina Savostikova. - La reacción se produce casi instantáneamente. La tecnología permite realizar análisis tres veces más rápido que el método estándar y tres veces más barato. El estudio se puede realizar en cualquier clínica donde el paciente haya solicitado alguna queja.

A pesar de que con la ayuda de un biochip es posible distinguir neoplasia maligna Desde benignos, los médicos no sugieren realizar pruebas de cáncer a todas las personas de esta manera. Se toman para análisis líquido o células de tejido patológico obtenidos por punción.

Por ejemplo, una paciente acudió a un terapeuta quejándose de hinchazón en el cuello, explica Marina Savostikova. - Podría ser una linfadenitis común, un quiste en el cuello, reacción alérgica a una picadura de insecto, sarcoma de los tejidos blandos del cuello. Y si un paciente tiene líquido en los pulmones, la causa puede ser tuberculosis, neumonía, metástasis de cáncer o mesotelioma. Con la ayuda de un nuevo sistema de pruebas, podemos eliminar todo esto y dar recomendaciones a los médicos sobre dónde buscar el problema.

Para la implementación generalizada de este método de diagnóstico, no es necesario colocar oncocitólogos en el laboratorio de cada clínica. Sólo hace falta equipar cada laboratorio con biochips y escáneres. Es recomendable que contenga un suministro de tubos de ensayo con medio de transporte y nutritivo (TCM). Este es también el desarrollo de los autores del proyecto. TPS es un tubo herméticamente cerrado en el que se añade biomaterial. El tubo contiene conservantes que inhiben el crecimiento de microbios. En este entorno, el biomaterial se puede almacenar sin refrigeración hasta por un mes.

Un cirujano de una clínica u hospital debe realizar una punción e introducir material patológico en el TPS y luego en el biochip. Luego de esto, coloque el sistema de prueba en el escáner, el cual enviará la imagen a un especialista del centro de referencia.

Ya hemos iniciado la producción de biochips a pequeña escala”, dijo otro de los autores del proyecto, el director de la Empresa de Investigación y Producción de Biochips, Sviatoslav Zinoviev. - Está ubicado en Nizhny Novgorod. Fabricamos equipos para la impresión automatizada de biochips desde cero, ya que no existen análogos en el mundo y, por lo tanto, no existen soluciones de diseño correspondientes. Escáneres según nuestro pedido y especificaciones técnicas también producido por una empresa de Nizhny Novgorod.

Según Svyatoslav Zinoviev, la producción de escáneres es una sustitución de importaciones. El coste total de cada dispositivo será 10 veces menor análogo importado. Los escáneres han pasado pruebas de laboratorio y ahora los desarrolladores están presentando los documentos para su registro.

El biochip se instala en un escáner, que digitaliza la imagen y la transmite al centro de referencia regional. Los citólogos miran la imagen allí. gran experiencia trabajar, analizar el material recibido de forma remota y enviar la conclusión. Cuando el paciente vuelve a visitar al médico, recibe un diagnóstico preciso y la oportunidad de comenzar el tratamiento. Todo casos complejos, que los citólogos regionales no pudieron interpretar, será examinado por el consejo del Centro Ruso de Investigación del Cáncer que lleva su nombre. N.N. Blokhina. La comunicación con el principal centro de referencia se organiza a través de un sistema de información y análisis, cuya creación también está incluida en el proyecto.

Es muy importante recibir un diagnóstico lo antes posible. Para enfermo de cáncer estos términos son vida. En la era de las tecnologías específicas, la oncología es curable. Hoy en día, la norma es una marca de supervivencia de cinco años. Hay tumores de los que ya no se muere. Por ejemplo, este es un tumor. glándula tiroides, - señaló Marina Savostikova.

Según Sviatoslav Zinoviev, el diagnóstico mediante el nuevo sistema de pruebas puede ser gratuito para los pacientes, ya que las pruebas inmunocitoquímicas están incluidas en los estándares del seguro médico obligatorio (CHI).

Nizhny Novgorod, Cheboksary, San Petersburgo, Yaroslavl, Rostov del Don, Krasnodar y otras regiones ya han declarado su disposición a trabajar según el nuevo plan. Hablamos con citólogos, directores y médicos jefes de dispensarios oncológicos, representantes de ministerios de algunas regiones y de todas partes donde encontramos gran interés”, dijo Sviatoslav Zinoviev.

Ahora los creadores del biochip están esperando la conclusión de Roszdravnadzor, sin el cual es imposible comenzar la producción en masa.

Para no perder el tiempo, ya hemos comenzado a formar especialistas que trabajarán con nuevo sistema, - aclara Marina Savostikova. - Los citólogos se capacitarán con nosotros, realizarán exámenes y recibirán certificados. Y sólo después podrán interpretar de forma independiente los resultados obtenidos en el biochip.

Con el veredicto positivo de Roszdravnadzor, los participantes del proyecto prometen una implementación muy rápida del mismo. La fecha límite real es abril de 2017.

Los expertos en oncología confirman la necesidad de una introducción masiva de este tipo de diagnóstico.

La idea de un biochip no es nueva. Estamos creando sistemas similares en nuestro instituto, pero hasta ahora los utilizamos sólo para diagnosticar la leucemia”, Director General Adjunto - Director del Instituto de Hematología, Inmunología y Tecnología Celular de la Institución Presupuestaria del Estado “Centro Científico Federal para Niños y Pediatría Ortopedia que lleva el nombre de Dmitry Rogachev”, dijo a Izvestia Alexey Maschan, del Ministerio de Salud de Rusia. - De hecho, existe un problema con la disponibilidad de medios de diagnóstico en regiones remotas y tales desarrollos pueden resolverlo. La ventaja del diagnóstico mediante biochip es su pragmatismo, en condiciones de escasez de financiación instituciones medicas un sistema de prueba de este tipo puede resolver algunos de los problemas. Pero sólo si puede resistir la comparación con los métodos de diagnóstico clásicos.

Según el oncólogo jefe del Ministerio de Sanidad, es necesario replicar estos sistemas, y no sólo en nuestro país.

Este es verdaderamente un sistema de prueba único para determinar cualquier proceso maligno y hasta ahora no tiene análogos en ningún lugar del mundo”, dijo a Izvestia el oncólogo jefe del Ministerio de Salud de Rusia, académico de la Academia de Ciencias de Rusia, Mijail Davydov. - Esta es una decisión importante en el campo del diagnóstico del cáncer, que es necesario replicar y mostrar no sólo a los colegas nacionales sino también a los extranjeros.

Un biochip es una colocación organizada de moléculas de ADN o proteínas en un soporte especial: una "plataforma".

La plataforma es una losa con una superficie de sólo 1 cm2 o un poco más. Está hecho de vidrio, plástico o silicona. Se pueden colocar muchas moléculas de ADN o proteínas en un orden estrictamente definido. De ahí la presencia de la palabra “micro” en el término.

El biochip se puede utilizar para analizar moléculas de diversas sustancias. Para ello, se le unen moléculas "reconocedoras". Cada una de estas moléculas se designa con el término “molécula sonda”, y cada una de las moléculas en estudio se denomina

"molécula sonda".

La molécula sonda en el biochip la determina el propio investigador, es decir. planifica qué molécula buscar entre las moléculas del material que se está estudiando: en el líquido, etc. Si se examina el ADN en un microchip, es un chip de ADN; si se examina una molécula de proteína, es un chip de proteína.

¿Cómo se fijan las moléculas sonda en un biochip?

En muchos países, las moléculas sonda se unen directamente a una placa de vidrio, es decir. al sustrato mediante láser. En nuestro país, las moléculas sonda se colocan en células de gel, cada una de menos de 100 micras de diámetro, y las células se fijan a una placa durante el proceso de fabricación del microchip. El número de células de un chip ya alcanza varios miles.

En las células, las moléculas sonda están unidas químicamente y se encuentran en un estado funcionalmente activo.

Dado que las células están llenas de un gel de estructura tridimensional, mantienen más moléculas sonda en lugar de chips en los que las moléculas sonda simplemente están unidas a una placa. También es importante que reacción química entre la molécula sonda y la molécula de muestra introducida en la célula desde el gel, se produce como en los líquidos y, por tanto, como en un organismo vivo.

El estudio del genoma y proteoma de cada tipo celular en condiciones normales y en cualquier enfermedad permitirá conocer qué gen o genes causan una determinada enfermedad.

Mediante un chip de ADN se determina la causa de la enfermedad: defectos en la estructura de un gen o genes, o cambios en la actividad genética cuando su estructura es normal.

En un chip de proteína, las consecuencias de las "degradaciones" de un gen están determinadas por cambios en su producto: las proteínas de la célula. Los cambios en un gen o proteína celular son su marca o marcador (del inglés mark - signo, marca).

Por lo tanto: un gen con una etiqueta es un gen marcador y una proteína con una etiqueta es una proteína marcadora. Estos marcadores permiten detectar en un paciente células defectuosas o enfermas que son características de una enfermedad específica, incluido el cáncer. célula madre. Al diagnosticar una enfermedad, el gen marcador y la proteína marcadora para el control se comparan con el gen normal de la célula y su producto: las proteínas.

Está claro que en un chip de ADN la molécula sonda es un gen marcador, y para el control en una célula separada es un gen normal; en un microchip de proteína la molécula sonda puede ser un anticuerpo o un antígeno;

Métodos para hacer biochips.

1. Las moléculas de ADN o proteínas se presintetizan y luego se colocan en una matriz. La desventaja de este método es la baja densidad de la molécula sonda en la matriz (hasta 1000 moléculas) y el proceso de síntesis que requiere mucha mano de obra.

Se pueden obtener copias del gen marcador mediante el método PCR-MMK; no existe tal método para las copias de la proteína marcadora. Sus copias se pueden crear insertando el ARNm del gen de la proteína marcadora en una bacteria: E. coli o células de levadura.

2. En el caso de los chips de ADN, los oligonucleótidos se sintetizan directamente en la matriz. Estos chips tienen una densidad mucho mayor de moléculas sonda.

3. Aplicación de oligonucleótidos en una ubicación estrictamente definida de la matriz mediante una impresora de inyección de tinta.

En nuestro país, los biochips (un chip de ADN y un chip de proteína) se preparan utilizando el primer método.

El biochip es el último dispositivo de la medicina del siglo XXI. A partir de moléculas marcadoras permite:

1) diagnosticar cualquier enfermedad: antes de su aparición o al principio;

2) encontrar tal o cual virus, bacterias y células cancerosas en el cuerpo;

3) el chip de proteínas puede detectar fármacos entre compuestos de bajo peso molecular en una amplia gama de materiales analizados;

4) resolver estos problemas en biochips se puede hacer en cuestión de horas, no de días, etc.

Principio de funcionamiento de biochips y etapas de análisis.

1. chip de ADN.

Sabemos que una molécula de ADN consta de dos cadenas complementarias. La columna vertebral de cada cadena es una secuencia de cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), timina (G) y citosina (C).

En este caso, la secuencia de bases de una cadena determina la secuencia de bases de la otra: A-T y G-C. Cuando se forman espontáneamente enlaces de hidrógeno entre estas bases complementarias, las dos cadenas se unen, es decir. hibridan en una doble hélice y mantienen unidas las cadenas. El principio de funcionamiento del chip de ADN se basa en la capacidad de las bases complementarias para unirse entre sí: A con T y G con C.

Etapas de análisis mediante un chip de ADN.

1. Las copias de un gen marcador conocido se fijan en las células del chip en forma de una cadena de este gen, es decir. sus “mitades” son ADNc.

2. Se aísla una copia del gen marcador del plasma sanguíneo del paciente, es decir. ARNm.

3. En una molécula de ARNm, utilizando la enzima transcriptasa inversa, se sintetiza otra hebra del gen marcador, es decir, su otra “mitad” es ADNc. Las PCR-MMK propagan este ADNc: son moléculas sonda y están marcadas con un tinte fluorescente.

4. El robot coloca moléculas de muestra en ciertas células del chip con una copia de los genes marcadores de células madre cancerosas.

Si el ADNc de los genes de una muestra de plasma es complementario al ADNc de las células correspondientes, se producirá una hibridación entre ellas y dichas células comenzarán a brillar. El chip se escanea con un láser, monitoreando la intensidad de la señal de fluorescencia en cada célula. Es decir, hay genes marcadores en el plasma, lo que significa que hay células madre cancerosas en el cuerpo del paciente.

Si no hay hibridación entre estas moléculas, entonces no hay ningún gen marcador de células madre cancerosas en esa muestra de plasma.

Cuando hay un gen con una mutación, se producirá una hibridación de su ADNc en el chip con el ADNc de la molécula sonda que tiene esta mutación. Si se trata del gen supresor wt53, esto también puede indicar la presencia de una célula o células madre cancerosas en el cuerpo del paciente.

Una célula cancerosa surge de una célula madre de tejido debido a la inclusión de genes de proteínas fetales en ella. Por tanto, las moléculas de muestra de plasma del paciente contendrán ADNc de estos genes y su ausencia en el control.

Cuanto menor sea el título de genes marcadores epimutantes y mutantes en una muestra de plasma de un paciente, menos células cancerosas en su cuerpo.

La detección de células cancerosas en una muestra de plasma sanguíneo u otros fluidos biológicos de un paciente (orina, saliva, líquido lagrimal, etc.) mediante genes marcadores permite diagnosticar el cáncer y mediante genes marcadores de las propiedades de invasión de las células cancerosas: cáncer. micrometástasis. Y esto ocurre mucho antes de que sean detectados por los métodos estándar: ultrasonido, radiografía, tomografía computarizada etc.

Un biochip puede identificar la amenaza de una enfermedad utilizando genes marcadores. Entonces, si se encuentran genes marcadores, pero sus productos, las proteínas, aún no están en la célula, entonces se trata de la identificación de una preenfermedad. En relación con el cáncer, se trata de células precancerosas. Dado que en este caso el biochip sólo puede revelar la probabilidad de una enfermedad, dicho chip aún no ha sido certificado.

El plasma sanguíneo del paciente es el principal reservorio en el que penetran los genes marcadores procedentes de células moribundas defectuosas o enfermas de una enfermedad específica de diversos órganos, incluidas las células cancerosas. Estas células del cuerpo pueden morir debido a necrosis y apoptosis, y luego sus genes penetran en la sangre a través del líquido intercelular.

Un título bajo de genes marcadores en el plasma sanguíneo del paciente, analizado en un chip de ADN, y la ausencia de su producto, las proteínas, pueden significar una preenfermedad y, si están presentes, una enfermedad. En el mismo sentido, esto se aplica al cáncer. Esto podría significar un diagnóstico precoz del cáncer, su nivel II.

2. Chip de proteína.

La estructura del chip para análisis de proteínas es la misma que la de los chips de ADN. Sólo aquellos chips en los que tiene lugar la reacción enzimática tienen una disposición de células más rara, y aquellos en los que tiene lugar la reacción del ADN tienen una disposición más frecuente.

Las proteínas marcadoras son producto de “degradaciones” de un gen o genes; convierten una célula normal en una célula defectuosa o enferma por una enfermedad específica. Estas proteínas aparecen en la superficie de las células y son proteínas antigénicas, y cada enfermedad tiene la suya.

Una célula madre cancerosa desarrolla proteínas fetales y proteínas receptoras que no se encuentran en una célula madre normal. Si se trata de proteínas antigénicas no es una cuestión resuelta.

En un chip de proteína como molécula sonda, es decir. El marcador proteico de una célula defectuosa o enferma puede ser un antígeno proteico, luego los anticuerpos contra él se determinan en el suero del paciente. Si se toma un anticuerpo con una molécula sonda, se busca la proteína antigénica en el suero sanguíneo del paciente.

Para descifrar el genoma humano es necesario analizar las funciones de una gran cantidad de proteínas en las células. diferentes tipos, incluidos los previamente desconocidos. Se pueden fijar miles de proteínas en diferentes células de un microchip y analizar simultáneamente su capacidad para: unirse a un ligando conocido, catalizar una reacción enzimática particular, interactuar con anticuerpos, compuestos de bajo peso molecular, etc.

En una célula cancerosa, es importante estudiar, además de las proteínas marcadoras, las proteínas receptoras y los anticuerpos contra ellas, las proteínas, las propiedades de invasión, el factor de crecimiento endotelial vascular-1 y su proteína receptora en la superficie de la célula hematopoyética, etc.

Principio de funcionamiento de un chip de proteína.

También se basa en la complementariedad de las moléculas implicadas, pero proteicas.

1. Antígeno con su anticuerpo. Un antígeno es cualquier sustancia que suele contener algún tipo de proteína que puede provocar una respuesta inmunitaria.

Un anticuerpo es una molécula de proteína secretada por una de las células. sistema inmunitario. La forma de esta molécula y la distribución de carga eléctrica sobre su superficie la hacen capaz de unirse a un antígeno que le es complementario en forma y distribución de carga.

Por primera vez allá por 1942. premio Nobel L. Pauling y sus colegas propusieron el postulado correcto de que la estructura tridimensional del antígeno y sus anticuerpos

Son complementarios y, por tanto, “responsables” de la formación del complejo antígeno-anticuerpo.

2. Sustrato con enzima propia. Según la hipótesis de la correspondencia topoquímica, la especificidad de la acción enzimática está asociada con el reconocimiento de esa parte del sustrato que no cambia durante la catálisis. Se producen contactos puntuales y enlaces de hidrógeno entre esta parte del sustrato y el centro del sustrato de la enzima.

3. Proteína con un compuesto de bajo peso molecular. Para inhibir una proteína, es necesaria una conexión entre ellas: una conexión superficial complementaria con los sitios activos de la molécula de proteína.

4. Enzima con un compuesto de bajo peso molecular. Las enzimas y otras proteínas crean todas las propiedades de una célula cancerosa, por lo que son los objetivos principales de los fármacos. Para bloquear una enzima con un compuesto de bajo peso molecular, también es necesaria la complementariedad entre ellas: la superficie de la molécula del compuesto debe ser una copia de la superficie de la región del sustrato, que no cambia durante la catálisis.

Pasos para el análisis de chips de proteínas

1. En las células del chip se fija una proteína-anticuerpo conocida contra una proteína que crea una célula defectuosa o enferma de una enfermedad específica. La proteína que buscas es una proteína marcadora.

2. Se toma una muestra de suero del paciente para su análisis. Se agrega un tinte fluorescente a la muestra; cada molécula de la proteína marcadora recibe esta sustancia.

3. Con la ayuda de un robot, se colocan gotas de suero de la muestra en determinadas células del chip. Las moléculas sonda buscan moléculas complementarias entre las moléculas sonda. Si existe tal molécula, entonces se une a la molécula sonda en la célula del chip; Se produce una reacción química entre ellos y comienza a brillar.

4. Las células en las que aparece un brillo brillante indicarán la presencia de la proteína marcadora deseada. Dado que esta proteína es un marcador de una célula defectuosa o enferma en una enfermedad particular, indicará la aparición de esa enfermedad en el paciente. Del mismo modo, la presencia de células cancerosas en el cuerpo del paciente está determinada por sus proteínas marcadoras.

Si se fija una proteína antígeno en las células del chip, se buscan anticuerpos contra la proteína marcadora en el suero sanguíneo del paciente. Si el suero contiene anticuerpos contra la proteína marcadora, esto indicará la presencia de células cancerosas en el cuerpo del paciente, es decir, el paciente está enfermo. Y utilizando proteínas marcadoras de las propiedades de invasión de células cancerosas, por ejemplo la presencia de la proteína Mts1 y otras, es posible registrar micrometástasis de células cancerosas en algún lugar del cuerpo del paciente.

Ya sabemos que las proteínas que se producen en las células cancerosas pero que están ausentes en las células normales son proteínas marcadoras o antígenos. La presencia de tales proteínas es una señal de que el gen que causa la degeneración de una célula normal en cancerosa ha comenzado su trabajo destructivo. La identificación de células cancerosas utilizando proteínas marcadoras permite realizar un diagnóstico de cáncer o sus micrometástasis mucho antes de que se detecten los síntomas en el paciente. El título de la proteína marcadora en el suero sanguíneo del paciente determina la cantidad de células cancerosas en su cuerpo. Un título bajo de proteínas marcadoras de células cancerosas en el suero sanguíneo del paciente, así como en otros líquidos del paciente, es un signo de una pequeña cantidad de células cancerosas en el cuerpo del paciente. Esto podría convertirse diagnóstico temprano Cáncer – su nivel II.

Entonces, en el siglo XXI, a medida que se identifiquen los genes marcadores y las proteínas marcadoras que causan una enfermedad específica, su diagnóstico, incluido el cáncer, será temprano, es decir, en dos niveles: 1) “antes del principio” - por genes marcadores y 2) “al principio” - por proteínas marcadoras.

Los genes marcadores y las proteínas marcadoras en una célula defectuosa o enferma son objetivos o objetivos de nuevos fármacos. A partir de ellos se crearán medicamentos y otros medios, incluidas las vacunas. Debido a la complementariedad con las moléculas diana, los fármacos actuarán selectivamente sin dañar las células normales.

El médico, actuando sobre los marcadores genéticos de la enfermedad, podrá prevenirla y, al influir en los marcadores proteicos de las células, será posible curarla en el "embrión".

De estas dos maneras, el médico recibirá, por así decirlo, un poder total sobre cualquier enfermedad a nivel celular.

La búsqueda de genes marcadores y proteínas marcadoras en diversos entornos del cuerpo del paciente se puede realizar de forma rápida y precisa en biochips, y los genes marcadores, además, se pueden identificar utilizando los métodos más precisos: PCR-MMK y MS-PCR. Esto significará una revolución en la medicina.

Los científicos identificarán genes marcadores y proteínas marcadoras que causan una enfermedad específica, incluida la aparición de una célula cancerosa. Entonces será posible desarrollar para diagnóstico temprano cualquier enfermedad tiene un mínimo de conjuntos: genes marcadores y proteínas marcadoras. Se complementarán y perfeccionarán a medida que se obtengan nuevos conocimientos. Estos serán los “perfiles” genéticos y proteicos de la enfermedad, que se transferirán a biochips.

Realizar pruebas a una persona para detectar marcadores de una enfermedad específica utilizando un chip de ADN y un chip de proteína tiene varias ventajas.

Un resultado negativo traerá alegría a una persona y puede salvarla del examen utilizando métodos estándar: examen de ultrasonido, radiografía, etc.

Un resultado positivo le dará a la persona la oportunidad, además de tiempo, de tomar medidas para reducir el riesgo de padecer la enfermedad o, si comienza, de comenzar el tratamiento adecuado.

El diagnóstico precoz del cáncer es de particular importancia. Esto se debe al hecho de que, en primer lugar, la causa del cáncer es una célula cancerosa, y proviene de una célula de su organismo huésped y, en segundo lugar, hasta hace poco no se conocían las diferencias absolutas entre una célula cancerosa y una célula normal. .

Todavía se cree que cada tipo de célula cancerosa se caracteriza por “sus propios” genes y proteínas. Pero el genoma de cada tipo de célula es el mismo. Si aceptamos que de cada tipo de célula una célula cancerosa es “única”, entonces ¿por qué las propiedades de una célula cancerosa de cualquier tipo son las mismas?

Un tipo de célula se crea mediante la represión de algunos genes -debido a la metilación y la expresión de otros genes- debido a la desmetilación de su promotor.

También se ha demostrado ahora que una célula de cualquier tipo se vuelve cancerosa debido a la desrepresión de los genes de proteínas fetales que contiene. Es decir, la formación de un tipo de célula y el surgimiento de una célula cancerosa a partir de una célula normal es amigo independiente unos de otros procesos. A partir de estos dos hechos, podemos suponer que debe haber genes marcadores comunes y sus productos, las proteínas, para cualquier tipo de célula madre cancerosa.

Los genes comunes y sus productos (proteínas) pueden ser: el gen y su enzima: la telomerasa, el gen y la proteína codificados "5T4", el gen oct-4 y la proteína Oct-4, el gen y la proteína Nanog, el gen mts 1 y la proteína Mts 1, el gen y la proteína de la osteopontina, etc.

Si se confirma, esto sería un verdadero avance para resolver muchos, si no todos, los problemas del cáncer:

Diagnóstico temprano y preciso de cualquier tipo de célula madre cancerosa basado en un gen marcador común y su producto, una proteína marcadora;

Medicamentos y agentes universales, incluida una vacuna, contra las células madre cancerosas y sus metástasis.