ბიოჩიპი კიბოს უჯრედების გამოსავლენად. ბიოჩიპი ან მიკრომატრიცა არის მოწყობილობა კიბოს უჯრედების ადრეული დიაგნოსტიკისთვის, კიბოს მკურნალობის თვალყურის დევნებისთვის და განკურნების მონიტორინგისთვის. საფოსტო მარკების ლაბორატორია

მოლეკულური ბიოლოგიის ინსტიტუტში შექმნილ ბიოჩიპებს არსად იმპლანტაცია არ სჭირდება.

ამ წვრილმანებს შეუძლიათ ერთ დღეში თქვან, თუ რა წამლებით უნდა მკურნალობდეს ტუბერკულოზის მოცემულ პაციენტს, განასხვავოს ფრინველის გრიპის საშინელი ვირუსი სხვა ვირუსებისგან და აჩვენოს, არის თუ არა ადამიანს კიბოს ალბათობა.

"რუსული ბიოჩიპის" ისტორია

ძნელი დასაჯერებელია, რომ შუშის სლაიდზე დამაგრებულმა მინიატურულმა მოწყობილობამ (რომელზეც ჩვეულებრივ წამალს ათავსებენ მიკროსკოპის ქვეშ შესამოწმებლად) შეუძლია შეცვალოს მთელი დიაგნოსტიკური ლაბორატორია. მაგრამ ნამდვილად ასეა! „ელექტრონული ჩიპების მსგავსად, ბიოჩიპები ამუშავებენ დიდი რაოდენობით ინფორმაციას პარალელური ანალიზის მეთოდით“, განმარტავს დიმიტრი გრიადუნოვი, IMB ბიოლოგიური მიკროჩიპების ლაბორატორიის თანამშრომელი. მარტივად რომ ვთქვათ, ამავდროულად, ერთ ჩიპზე ტარდება უამრავი - რამდენიმე ასეულამდე - ყველა სახის ანალიზი.

კიდევ უფრო გასაკვირია ბიოჩიპის წარმოშობის ისტორია, რომელიც წმინდა შიდა პროდუქტია, შემთხვევითი არ არის, რომ მას საზღვარგარეთ ჯერ კიდევ „რუსულ ბიოჩიპს“ უწოდებენ. ყველაფერი გასული საუკუნის 80-იანი წლების ბოლოს დაიწყო, როდესაც რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის მოლეკულური ბიოლოგიის ინსტიტუტის (IMB) მეცნიერთა ჯგუფმა, აკადემიკოს ანდრეი მირზაბეკოვის ხელმძღვანელობით, რომელიც სამწუხაროდ გარდაიცვალა 2003 წლის დასაწყისში, დაიწყო წარმოება. უნივერსალური მინიატურული ანალიზატორი. იდეა, რა თქმა უნდა, უკვე ჰაერში იყო. მაგრამ მხოლოდ ჩვენმა სპეციალისტებმა მოახერხეს ამ იდეის განხორციელება.

როგორც ერთხელ თქვა ანდრეი მირზაბეკოვმა, იმ დროს მთელი მსოფლიო მოხიბლული იყო ადამიანის გენომის გაშიფვრის პროცესით და მან და მისმა კოლეგებმა შესთავაზეს ამ მიზნით ბიოჩიპების გამოყენება. მაგრამ ძალიან მალე მათ გააცნობიერეს, რომ ახალი მოწყობილობები შეიძლება სასარგებლო ყოფილიყო სხვადასხვა პრაქტიკული პრობლემის გადასაჭრელად, ამიტომ იჩქარეს შემდეგი ნაბიჯის გადადგმა - ტექნოლოგიის განვითარება. და მათ მიაღწიეს წარმატებას! ბიოჩიპებმა დაიწყეს თავიანთი გამარჯვებული მსვლელობა მთელს მსოფლიოში.

90-იანი წლების შუა ხანებში, როდესაც რუსული მეცნიერების დაფინანსება თითქმის მთლიანად შეწყდა, აკადემიკოსი მირზაბეკოვი მიიწვიეს აშშ-ს არგონის ეროვნულ ლაბორატორიაში. მან განაცხადა, რომ ჩიკაგოში მხოლოდ იმ შემთხვევაში იმუშავებს, თუ ერთობლივ კვლევით ჯგუფს შექმნიან, რომელშიც შევლენ როგორც ამერიკელი, ასევე რუსი სპეციალისტები. ასე შეძლეს რუსი მოლეკულური ბიოლოგების გადარჩენა რუსული მეცნიერებისთვის ყველაზე რთულ „მხიარულ 90-იან წლებში“. აშშ-ში მუშაობის დროს მათ მიიღეს 10-ზე მეტი პატენტი. მიღებული თანხით მათ იყიდეს აღჭურვილობა და შექმნეს ყოვლისმომცველი ლაბორატორია IMB-ში.

„რუსულმა ბიოჩიპმა“, როგორც მას საზღვარგარეთ უწოდებდნენ, აღიარება მიიღო. ტექნოლოგიის გამოყენების უფლება იყიდეს Motorola-მ და HP-მა, შემდეგ კი დაარეგისტრირეს პატენტი შეცვლილ ტექნოლოგიაზე. ამის საპასუხოდ, IMB მეცნიერებმა შეიმუშავეს და დააპატენტეს უკეთესი ტექნოლოგია.

ტუბერკულოზის შეტევა

ახალი მეთოდის დამტკიცების პირველი ობიექტი იყო ტუბერკულოზი. ყოველწლიურად მსოფლიოში დაახლოებით 30 მილიონი ადამიანი ინფიცირდება ამით, დაახლოებით 2 მილიონი იღუპება მისგან. განსაკუთრებით მძიმე ვითარება ტუბერკულოზით განვითარდა რუსეთში, სადაც 1990-იან წლებში მრავალრიცხოვანი გამო სოციალური პრობლემებიტუბერკულოზის გამომწვევი აგენტები - მიკობაქტერიები, ან, როგორც მათ ასევე უწოდებენ, კოხის ჩხირები, მუტაციას განიცდიან, ხდება იმუნური ტრადიციული წამლების მიმართ. დღეისათვის ცნობილია დაახლოებით 40 მუტანტის შტამი.

ტრადიციული მიდგომით, მას შემდეგ, რაც პაციენტს დაუდგინდა ტუბერკულოზი რენტგენის საშუალებით, მას მკურნალობენ ეგრეთ წოდებული პირველი რიგის პრეპარატებით, რომლებიც მოიცავს რიფამპიცინს და იზონიაზიდს. პარალელურად ტარდება პათოგენის მიკრობიოლოგიური კვლევა ამ პრეპარატების მიმართ მისი მგრძნობელობის დასადგენად. ამას ორი-სამი თვე სჭირდება. და როდესაც აღმოჩნდება, რომ ეს წამლები არ მოქმედებს მიკობაქტერიის ამ ფორმაზე, პაციენტი რამდენიმე თვის განმავლობაში ღებულობდა არასაჭირო და, უფრო მეტიც, მავნე წამლებს, ახერხებდა ტუბერკულოზის წამლებისადმი რეზისტენტული ფორმის გადაცემას ყველასთვის, სადაც მოხვდა. დაკავშირება. რასაკვირველია, ექიმებს ჯერ კიდევ აქვთ მარაგში მეორე რიგის წამლები, მაგრამ მათაც იგივე ამბავი შეიძლება დაემართოს. ამიტომ, ტუბერკულოზის სწრაფი და ზუსტი დიაგნოზი ძალიან, ძალიან მნიშვნელოვანია.

ბიოჩიპების გამოყენების შემთხვევაში, დიაგნოზი შეიძლება დაისვას ერთ დღეში ნაკლებ დროში. დნმ იზოლირებულია პაციენტის ნიმუშიდან და ტარდება პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (PCR) დნმ-ის იმ მონაკვეთის განმეორებით გასამრავლებლად, სადაც შეიძლება მოხდეს ანტიბიოტიკებისადმი რეზისტენტობის მუტაციური გენები. ბიოჩიპზე შემდგომი ანალიზი დაგვეხმარება ტუბერკულოზის ათეულობით მუტანტური შტამებიდან პაციენტის ინფიცირების დადგენაში. მაგრამ ეს ჯადოსნური ბიოჩიპები ჯერ კიდევ არ იყო შექმნილი.

1998 წლიდან IMB-ის მეცნიერები მოსკოვის ტუბერკულოზის წინააღმდეგ ბრძოლის ცენტრის სპეციალისტებთან ერთად იბრძვიან ამ პრობლემის გადასაჭრელად. 2004 წელს მათი ძალისხმევა წარმატებით დაგვირგვინდა - ბიოჩიპების გამოყენებით დიაგნოსტიკა დამოწმებული იყო. დღეს იწარმოება ორი ტიპის მოწყობილობა: მიკობაქტერიების მგრძნობელობის გამოსავლენად პირველი და მეორე რიგის პრეპარატების მიმართ. „თვეში 1,5-2 ათას ბიოჩიპს ვაწარმოებთ, მომავალში კი 3-4 ათასს მივაღწევთ“, - ამბობს ვიქტორ ბარსკი, „მიუხედავად იმისა, რომ ქვეყანას წელიწადში მინიმუმ 2 მილიონი ბიოჩიპი სჭირდება. მაგრამ ეს არის ე.წ. გადახდისუუნარო მოთხოვნა ჩვენი ბიოჩიპები გამოიყენება 8 ტუბერკულოზის დისპანსერში რუსეთში: მოსკოვში, სანქტ-პეტერბურგში, ეკატერინბურგში, ნოვოსიბირსკში, ყაზანსა და სარატოვში. ახლა ჩვენ მივიღეთ შეკვეთა კიდევ 10-ის აღჭურვის შესახებ. სამედიცინო ცენტრები". ასევე დაიდო შეთანხმება რუსეთის ფედერაციის იუსტიციის სამინისტროს სასჯელთა აღსრულების მთავარ დირექტორატთან ტუბერკულოზის დიაგნოზის შესახებ პატიმრებში. ამ გადაწყვეტილების მნიშვნელობა ძნელად შეიძლება გადაჭარბებული იყოს, რადგან სწორედ რუსულ ბანაკებში მოხდა. წამლებისადმი რეზისტენტული ტუბერკულოზი გაჩნდა და თავისი საშინელი მოსავლის მოსავლელად მთელ მსოფლიოში წავიდა.

ბიოჩიპი გამოწვევას კიბოს

თუმცა, IMB-ის მკვლევარები აქ არ გაჩერებულან. მათ მოახერხეს ბიოჩიპების შექმნა გარკვეული ტიპის კიბოს დიაგნოსტიკისთვის. ეს ბიოჩიპები რამდენიმე ტიპისაა და ფუნდამენტურად განსხვავებულად მუშაობს.

ერთი ტიპის ბიოჩიპების დახმარებით შესაძლებელია, მაგალითად, გამოვლინდეს მიდრეკილება სარძევე ჯირკვლის, საკვერცხეების, პროსტატის კიბოსკენ და ა.შ. „ეს მიიღწევა იმის გამო, რომ ჩვენი ბიოჩიპები ხედავენ არის თუ არა მუტაციები კიბოსადმი მიდრეკილი მოცემული ადამიანის გენომი, - განმარტავს ვიქტორ ბარსკი, - მაგრამ ასეთი ბიოჩიპების დამოწმება რთულია, რადგან ისინი მხოლოდ ავადმყოფობის ალბათობას აჩვენებენ და, საბედნიეროდ, ადამიანი შეიძლება არ დაავადდეს.

განსხვავებული სიტუაციაა ბიოჩიპებით სისხლის კიბოს და ლეიკემიის დიაგნოსტიკისთვის. ეს გამოწვეულია სხვადასხვა ქრომოსომული გადანაწილებით. გარეგნულად, ამ ტიპის ლეიკემია ერთმანეთისგან არ განსხვავდება, მაგრამ მათ სხვაგვარად მკურნალობა სჭირდება. ზოგიერთი ლეიკემიით, პაციენტის განკურნება შესაძლებელია თანამედროვე მედიკამენტებით, სხვებთან კი - არც კი უნდა სცადოთ, სასწრაფოდ უნდა გაიკეთოთ გადანერგვა. ძვლის ტვინი. ბიოჩიპები საშუალებას გაძლევთ დაუყოვნებლივ დაადგინოთ, თუ რა ტიპის ქრომოსომულმა გადაკეთებამ გამოიწვია ლეიკემია, რაც ექიმს საშუალებას აძლევს თავდაპირველად აირჩიოს სწორი მკურნალობის სტრატეგია. ახლა ლეიკემიის დიაგნოსტიკის ბიოჩიპები სერტიფიცირებას გადიან. ასევე, ბიოჩიპები საშუალებას გაძლევთ დაუყოვნებლივ განასხვავოთ ძუძუს კიბოს რომელი ფორმა - კარგად განკურნებადი თუ ცუდად განკურნებადი - იტანჯება პაციენტი.

და ბოლოს, ბიოჩიპების წყალობით, ექიმთა მრავალი თაობის ოცნება დაავადების ადრეულ ეტაპზე კიბოს დიაგნოსტირებაზე, როცა ის ჯერ კიდევ ადვილად განკურნებადია, რეალობად იქცა. ეს ტექნიკა ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ კიბოს გარკვეული ტიპების დროს სისხლში ჩნდება გარკვეული სიმსივნური მარკერის ცილები და ბიოჩიპები მათ დიაგნოზს ატარებენ. მართალია, სიმსივნის მარკერების საპოვნელად და გასაანალიზებლად საჭიროა არა დნმ, არამედ ცილოვანი ბიოჩიპები. ზონდები მათში არის ანტიგენური ცილები, რომლებიც სივრცით შეესაბამება პაციენტის სისხლში ანტისხეულების ცილებს. თუმცა, რუსი მეცნიერები მარტო არ არიან ამ სფეროში. ასეთი ბიოჩიპები საკმაოდ წარმატებით იწარმოება საზღვარგარეთ. ადგილობრივმა მეცნიერებმა ძალიან უნდა ეცადონ ამ კონკურენტულ ბრძოლაში გამარჯვებას.

ყველა გარიგების ჯეკი

მაგრამ ბიოჩიპების ფარგლები ამით არ შემოიფარგლება. ბიოჩიპები იწარმოება სხვადასხვა მიზნით. გრიპის A პათოგენების იდენტიფიცირება, მათ შორის ფრინველის გრიპი, ჰერპესი, B და C ჰეპატიტი, სხვადასხვა ინფექციები ორსულებში და ახალშობილებში, რათა დადგინდეს მიდრეკილება გულ-სისხლძარღვთა დაავადებები. არიან ისეთებიც, რომლებსაც შეუძლიათ კრიმინოლოგებს მოემსახურონ, რადგან ისინი განსაზღვრავენ სქესს და სისხლის ჯგუფს. მეცნიერები მუშაობენ ბიოჩიპებზე სტაფილოკოკის, ქოლერის, დიფტერიის, ტეტანუსის ტოქსინების, ჯილეხისა და ჭირის პათოგენების და ჩუტყვავილას ვირუსის ჯიშების გამოსავლენად. „ბიოჩიპების დახმარებით შესაძლებელია იმის დადგენა, მოითმენს თუ არა ადამიანი ამა თუ იმ წამალს და თუნდაც გენეტიკურად რამდენად შესაფერისია ადამიანი ამა თუ იმ პროფესიისთვის“, - ამბობს ვიქტორ ბარსკი. „მაგალითად, არსებობს გენები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ადამიანზე. კარგი წინააღმდეგობა ჟანგბადის ნაკლებობის მიმართ. ეს ნიშნავს "ამ გენების მფლობელებს შეუძლიათ იმუშაონ, მაგალითად, სიმაღლეზე. ამ გენების იდენტიფიცირება შესაძლებელია."

უნდა ითქვას, რომ რუსეთში ბიოჩიპებში სხვა კვლევითი ჯგუფებიც არიან ჩართული. გრიპის ვირუსების ექსპრეს დიაგნოსტიკის ბიოჩიპს ამუშავებენ სანქტ-პეტერბურგის რუსეთის სამედიცინო მეცნიერებათა აკადემიის გრიპის კვლევითი ინსტიტუტის მეცნიერები მოსკოვის ბიოორგანული სინთეზის ინსტიტუტთან ერთად. ეს მოწყობილობა ჰგავს საკრედიტო ბარათს ჩაშენებული რეცეპტორებით ადამიანისა და ფრინველის ვირუსების ამოცნობისთვის. როგორც რუსეთის სამედიცინო მეცნიერებათა აკადემიის აკადემიკოსმა, ინსტიტუტის დირექტორმა ოლეგ კისელევმა განმარტა, ავადმყოფი ფრინველის ბიოჩიპზე ბიოლოგიური მასალის გამოყენებით, სწრაფად შეიძლება გაირკვეს, თუ რომელი ტიპის გრიპის ვირუსი აწუხებს მას.

რუსეთის სამედიცინო მეცნიერებათა აკადემიის ექსპერიმენტული მედიცინის სახელმწიფო კვლევითი ინსტიტუტის სპეციალისტები ავითარებენ ბიოლოგიურ მიკროჩიპს, რათა აღმოაჩინონ. ადრეული სტადიაერთ-ერთი მძიმე გართულება შაქრიანი დიაბეტი- დიაბეტური ნეფროპათია. ეს არის ცილის ბიოჩიპი, მასზე არსებული ზონდები არის გენეტიკურად ინჟინერიით შექმნილი G ცილის ფრაგმენტები, რომელიც აკავშირებს ადამიანის ალბუმინს. ბიოჩიპს შეუძლია დაიჭიროს შარდში ალბუმინის ძალიან მცირე კონცენტრაცია, რაც მიუთითებს თირკმელების დაზიანებაზე და თვალყური ადევნოს ამ მაჩვენებლის ცვლილებას მთელი მკურნალობის განმავლობაში.

რუსეთის სამედიცინო მეცნიერებათა აკადემიის ჰემატოლოგიურ კვლევით ცენტრში იქმნება იმუნოგლობულინების საფუძველზე ცილოვანი ბიოჩიპები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის სისხლში პათოგენების აღმოჩენას. სხვადასხვა დაავადებები, ასევე ანტისხეულები, ჰორმონები, ციტოკინები და სიმსივნური უჯრედები.

საზღვარგარეთ დაგვეხმარება?

მათი გამოგონების შემდეგ რუსულმა ბიოჩიპებმა დამსახურებული პოპულარობა მოიპოვეს როგორც ჩვენს ქვეყანაში, ასევე მის ფარგლებს გარეთ. "არსებობენ ევროპელი პარტნიორები, რომლებიც დაინტერესებულნი არიან ჩვენი ტექნოლოგიის მაქსიმალურად ფართო დანერგვით", - ამბობს ალექსანდრე ზასედატელევი, IMB RAS-ის მეცნიერების დირექტორის მოადგილე, ბიოლოგიურ მეცნიერებათა დოქტორი. განსხვავებულად მკურნალობენ. მალე ისინი გამოიყენებენ სხვა ფრანგულ საავადმყოფოებში." სისხლის კიბოს დიაგნოსტიკის რუსული ბიოჩიპები წარმატებით გამოიყენება ბრაზილიაში. ყოფილი დსთ-ს ქვეყნებში ტექნოლოგია გამოიყენებს ბელორუსიაში, უკრაინაში, ყირგიზეთში. იყო თხოვნა კორეიდანაც. შეერთებულ შტატებში რამდენიმე ორგანიზაციას აქვს რუსული მოწყობილობები და ბიოჩიპები: დაავადებათა კონტროლის ცენტრები, სურსათისა და წამლების ადმინისტრაცია და საავადმყოფო არკანზასში, რომელიც მკურნალობს ტუბერკულოზს მიგრანტებს შორის. „ჩვენ არ ვყიდით ჩვენს ბიოჩიპებს საზღვარგარეთ, არამედ გადავცემთ მათ სამეცნიერო პროექტების ფარგლებში“, - ხაზს უსვამს ვიქტორ ბარსკი. სრულიად მოულოდნელი პერსპექტივები გაიხსნა ბიოჩიპებისთვის: არც ისე დიდი ხნის წინ, NASA დაინტერესდა მათი გამოყენების შესაძლებლობით არამიწიერი სიცოცხლის აღმოსაჩენად.

რა თქმა უნდა, ბიოჩიპები იწარმოება საზღვარგარეთაც: რამდენიმე ბიოტექნოლოგიური კომპანია აშშ-ში (Affymetrix, Clontech, Motorola და ა.შ.), იაპონიაში (Hitachi, Matsushita, Fuji) და ევროპაში. ამერიკელებმა მიაღწიეს ერთ მატრიცაზე მოთავსებული დნმ-ის ზონდების რეკორდულ რაოდენობას: ათეულამდე და ასობით ათასამდე. შიდა ბიოჩიპებს შედარებით ცოტა აქვთ დიდი რიცხვიუჯრედები ზონდებით: 1000-დან 4000-მდე. მაგრამ დაავადების რომელიმე ჯგუფის დიაგნოსტიკისთვის ეს სავსებით საკმარისია. სიმარტივიდან გამომდინარე, შესაძლებელი გახდა ფასის შემცირება და ანალიზის გამარტივება. "რუსული ბიოჩიპის დახმარებით ერთი ანალიზის ფასი 500 მანეთია", - ამბობს დიმიტრი გრიადუნოვი, "აშშ-ში კი ერთი ანალიზი 2000 დოლარი ღირს, ამიტომ ჩვენი ბიოჩიპები, უცხოურისგან განსხვავებით, მასობრივი გამოყენებისთვის ვარგისია".

ბოლო წლებში ბიოჩიპებმა რუსეთშიც მიიპყრო ინტერესი. Biochips-ის პროექტმა მიიღო სამთავრობო კონტრაქტი მეცნიერებისა და ინოვაციების ფედერალურ სააგენტოსთან (როსნაუკა), როგორც ცოცხალი სისტემების პრიორიტეტული სფეროს ნაწილი.

შტამპის ზომის ლაბორატორია

ბიოჩიპი მოწყობილია შემდეგნაირად. მატრიცა-სუბსტრატზე არის მრავალი უჯრედი ჰიდროგელით (დაახლოებით 100 მიკრონი დიამეტრით, ასე რომ კვადრატულ სანტიმეტრზე ათასამდე უჯრედი შეიძლება განთავსდეს). უჯრედები შეიცავს ზონდის მოლეკულებს: ბიოჩიპის დანიშნულებიდან გამომდინარე, ეს შეიძლება იყოს დნმ-ის, რნმ-ის ან ცილების ფრაგმენტები. თითოეული უჯრედი არის მიკრომილის ანალოგი, რომელშიც ხდება რეაქცია ზონდის მოლეკულებსა და ტესტის ნიმუშის მოლეკულებს შორის. თუ ეს მოლეკულები ერთმანეთში ჯდება, როგორც საკეტის გასაღები, ხდება ეგრეთ წოდებული ჰიბრიდიზაცია – მოლეკულები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ქიმიური ბმებით. უჯრედი, რომელშიც რეაქცია მოხდა, ფლუორესცირდება (რადგან ნიმუში წინასწარ არის დამუშავებული მანათობელი ეტიკეტით). სპეციალურ მოწყობილობა-ანალიზატორში სახელწოდებით "ჩიპ-დეტექტორი", მანათობელი წერტილების კონფიგურაცია აჩვენებს, თუ რა მუტაციებია პაციენტის უჯრედებში, აღმოაჩენს ბაქტერიებსა და ვირუსებს და გამოავლენს მიკროორგანიზმების გენეტიკურ ფორმებს - დაავადების გამომწვევ აგენტებს.

როგორ მზადდება ბიოჩიპები

ბიოჩიპების დამზადება შესაძლებელია სხვადასხვა გზით. ამერიკული კომპანია Affymetrix, ამ მიმართულებით ლიდერი, მათ აწარმოებს ისევე, როგორც ელექტრონულ ჩიპებს (ის მდებარეობს კალიფორნიაში, სილიკონის ველში). ამ ტექნიკის მიხედვით, დნმ-ის ფრაგმენტები - ზონდები - აგებულია პირდაპირ მინის ფირფიტაზე ფოტოლითოგრაფიის გამოყენებით. სწორედ მიკროელექტრონიკის განვითარების მაღალმა დონემ შესაძლებელი გახადა ასეთი შთამბეჭდავი შედეგების მიღწევა - ათობით და ასობით ათასი ზონდი ერთ ბიოჩიპზე.

IMB RAS იყენებს განსხვავებულ მიდგომას. დნმ-ის ფრაგმენტები ცალ-ცალკე სინთეზირდება და შემდეგ გამოიყენება სუბსტრატზე მკაცრად განსაზღვრული თანმიმდევრობით. ამ სამუშაოს ასრულებენ კომპიუტერით კონტროლირებადი რობოტები. შიდა ჩიპზე მოთავსებულია 100-დან 4000-მდე ზონდი.

უახლესი მიღწევები

ბიოჩიპების გამოყენების სფეროები ყოველწლიურად ფართოვდება. აქ არის მხოლოდ ყველაზე საინტერესო მათგანი.

ბიოჩიპები არმიისთვის

აშშ-ს ჩრდილო-დასავლეთის უნივერსიტეტის სპეციალისტებმა შეიმუშავეს ბიოჩიპი აშშ-ს არმიისთვის, რომელსაც შეუძლია ბაქტერიული ინფექციის აღმოჩენა. გარემო. თუ მასზე პათოგენური მიკრობების დნმ მოხვდება, მაშინ დნმ-ის ზონდების ფრაგმენტები მათზე მიმაგრებული მიკროსკოპული ოქროს ნაწილაკებით რიგდება. ელექტროდებს შორის დენი მიედინება და ბიოჩიპი საფრთხის სიგნალს აძლევს.

ბიოჩიპები სპორტსმენებისთვის

ბიოჩიპი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ვარჯიშის ეფექტი სპორტსმენების სხეულზე, ესპანურმა კომპანია Sabiobbi-მ გამოიგონა. ის ერთდროულად იკვლევს 17 გენს, რომლებიც დაკავშირებულია სხეულის ფიზიკურ და მეტაბოლურ შესაძლებლობებთან. ანალიზის შედეგები შეიძლება იყოს დაკავშირებული იმ დატვირთვებთან, რომელსაც სპორტსმენი განიცდის ვარჯიშის დროს და შესაძლებელია პროგრამის კორექტირება. ეს გამოგონება, ავტორების აზრით, თავიდან აიცილებს ფიზიკური გადატვირთვის გამო ნაადრევი სიკვდილის შემთხვევებს.

ბიოჩიპები პოლიციის თანამშრომლებისთვის

ბიოსენსორული ჩიპები, რომლებიც დაფუძნებულია მაგნიტურ ნანონაწილაკებზე და ულტრამგრძნობიარე მაგნიტურ სენსორებზე, პასუხობენ ნიმუშიდან გარკვეული ბიომოლეკულების შეკავშირებას ნანონაწილაკების ზედაპირზე ზონდებით. ამ სფეროში მოწინავე განვითარება ეკუთვნის Philips Research Laboratories-ს. ასეთ ბიოსენსორს შეუძლია ნერწყვში მორფინის კვალი კონცენტრაციის აღმოჩენა 1 წუთში - 10 ნანოგრამი მილილიტრში.

ბიოჩიპები ექიმებისთვის

შვეიცარიულმა ფარმაკოლოგიურმა კონცერნმა Roche-მა დაიწყო ამერიკულ ბაზარზე მსოფლიოში პირველი ბიოჩიპის მიწოდება, რომლის დახმარებითაც ექიმს შეუძლია წინასწარ განსაზღვროს, რამდენად ეფექტური იქნება ესა თუ ის პრეპარატი მოცემული პაციენტისთვის და რა. არასასურველი რეაქციებიმას შეუძლია დაურეკოს მას. ბიოჩიპი ამერიკული კომპანია Affymetrix-ის მიერ შემუშავებულ ტექნოლოგიაზეა დაფუძნებული. ბიოჩიპი აანალიზებს მუტაციებს ორ გენში, რომლებიც მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ გაყიდული მედიკამენტების დაახლოებით მეოთხედის ასიმილაციაში, როგორიცაა ანტიდეპრესანტები და წამლები, რომლებიც ამცირებენ არტერიულ წნევას.

ბიოჩიპები ასტრონავტებისთვის

აშშ მარშალის კოსმოსური ცენტრის სპეციალისტები ავითარებენ ბიოჩიპის ტექნოლოგიას ელექტრონული კომპონენტებით. ასეთ ჩიპს შეუძლია აღმოაჩინოს ბაქტერიები, ცილები, დნმ და, NASA-ს თქმით, სასარგებლო იქნება ორი ტიპის სამუშაოსთვის. პირველი, მომავალში ავტომატიზირებული სისტემები მარსზე და სხვა პლანეტებზე სიცოცხლის ნიშნებს ეძებენ. და მეორეც, როგორც მომავალი მარსის პილოტირებული კოსმოსური ხომალდების უსაფრთხოების სისტემის ნაწილი და კვლევითი სადგურებიბიოლოგიური დამაბინძურებლების პოვნა, შესაძლოა არამიწიერი წარმოშობის, საცხოვრებელ სივრცეებში.

თითოეული ჩვენგანი გამოკვლეულია კლინიკებში და აქვს წარმოდგენა იმის შესახებ, თუ რამდენი დრო და ძალისხმევა სჭირდებათ. გავიკეთოთ ტესტები, ლიტრი სისხლი, შემდეგ გავუძლოთ ერთკვირიან ლოდინს, რათა ექიმებმა შეამოწმონ ჩვენი სინჯარები ბაქტერიებსა და ვირუსებზე თავიანთ ლაბორატორიებში. თუმცა, მალე ყველაფერი შეიძლება რადიკალურად შეიცვალოს და გამოცდები აღარ შეაშინოს ადამიანებს. რა დაეხმარება ყველა დაავადების მრავალჯერ უფრო სწრაფად დიაგნოსტირებას?

დაახლოებით ოცი წლის წინ ის განვითარდა ბიოლოგიური ჩიპების ტექნოლოგია. ეს განვითარება ეკუთვნის მოლეკულური ბიოლოგიის ინსტიტუტს. ენგელჰარდტი. შეიძლება ითქვას, რომ მთელი ამ ოცი წლის განმავლობაში განვითარება მტვერს აგროვებდა თაროებზე და არავინ მუშაობდა. მაგრამ ახლა მეცნიერებმა გადაწყვიტეს კვლავ განაახლონ ჩიპებზე მუშაობა და უახლოეს მომავალში აპირებენ ჩიპების მთელი სერიის დამზადებას. ტექნოლოგიის მთავარი უპირატესობა ჩვენთვის ნაცნობი ტესტების გავლის პროცედურებთან შედარებით არის ეფექტურობა.

არსებობს მთელი რიგი დაავადებები, რომელთა დიაგნოსტიკას საუკეთესო ექიმებსაც კი რამდენიმე კვირა სჭირდება. მაგალითად, ტუბერკულოზის გამომწვევის იდენტიფიცირებისთვის, იმის გასაგებად, თუ რა მედიკამენტები უნდა დანიშნოს პაციენტმა, ექიმებს შეუძლიათ ათი კვირაც კი გაატარონ და ეს დიდი დროა ავადმყოფი ორგანიზმისთვის. მთელი ამ ხნის განმავლობაში პაციენტი საავადმყოფოშია, იღებს წამლებს, რომლებიც არ იძლევა 100% გარანტიას, რომ ისინი დაეხმარება ორგანიზმს. ზოგიერთი პაციენტისთვის ეს წამლები შესაფერისია, ზოგისთვის კი არავითარი სარგებელი არ მოაქვს. შედეგად, ადამიანს შეუძლია დიდი თანხის დახარჯვა საავადმყოფოში მკურნალობასა და მოვლაზე, ხოლო სათანადო მკურნალობას არ იღებს. მხოლოდ ერთი მაგალითი მეტყველებს იმაზე, თუ რა სავალალო მდგომარეობაა ახლა მედიცინაში.

ბიოლოგიური ჩიპების დანერგვა

ბიოლოგიური ჩიპები- ეს არის პაციენტის ჯანმრთელობის ანალიზის უნარი არაუმეტეს 24 საათისა. ისინი არა მხოლოდ დროისა და ფულის დიდი დამზოგველი იქნება პაციენტისთვის, არამედ ქვეყნის ყველა მედიკამენტსაც კი დაეხმარება ბიუჯეტის მნიშვნელოვანი ნაწილის დაზოგვაში. ამ ტექნოლოგიის დანერგვა უზარმაზარი ინვესტიციაა სამედიცინო სფეროში და დაზოგვაში ფულიქვეყნები. არსებობს ოფიციალური მაჩვენებლებიც კი, რომლებიც აჩვენებს, რომ მხოლოდ ერთ წელიწადში სახელმწიფოს შეუძლია გონივრულად დაზოგოს 5 მილიარდი რუბლი ბიოჩიპების წყალობით.

პაციენტის დანაზოგი ემყარება იმ ფაქტს, რომ მას არ სჭირდება ფულის დახარჯვა დიდი რაოდენობით ტესტებზე, რათა შეამოწმოს მისი მთელი სხეული დაავადების არსებობისთვის. ქიმიის ერთმა დოქტორმა განაცხადა, რომ მხოლოდ ერთი ანალიზის გამოყენებით ახალი ტექნოლოგიაპაციენტს შეეძლება შეამოწმოს თავისი სხეული რვა მარკერის არსებობაზე ონკოლოგიური დაავადებები. უფრო მეტიც, დღევანდელი მონაცემებით, ჩიპს შეუძლია 90%-იანი ალბათობით დაავადების ზუსტად გამოვლენა და სწორი დიაგნოსტიკა. ახლა ადამიანს უნდა გადაიხადოს დაახლოებით შვიდი ათასი რუბლი, რათა გაიაროს ტესტირება ყველა გავრცელებული კიბოსთვის. ჩიპით პაციენტი დახარჯავდა არაუმეტეს ათასი რუბლისა. მიიღეთ იგივე ტუბერკულოზი - ტექნოლოგიის დანერგვის შემდეგ პაციენტს დასჭირდება დაახლოებით ხუთასი მანეთი ამ დაავადების არსებობის შესამოწმებლად. გაითვალისწინეთ, რომ საზღვარგარეთ ერთი ჩიპის ღირებულება დაახლოებით ორი დოლარია.

მიკრობიოლოგებმა ჩაატარეს კვლევა და განაცხადეს, რომ ტექნოლოგიის დახმარებით, მართლაც არის ყველა შანსი, რომ მოკლე დროში დიდი რაოდენობით დაავადების დიაგნოსტირება მოხდეს. მაგალითად, ჩიპს შეუძლია აღმოაჩინოს მრავალი სახის ლეიკემია, აივ, B და C ჰეპატიტი, რამდენიმე სახის გრიპი, ჰერპესი და მრავალი სხვა დაავადება. ანალიზები მზად იქნება გამოკვლევიდან რამდენიმე საათში. თუ არსებობს ეპიდემიის შანსი, ბიოჩიპების გამოყენებამნიშვნელოვან როლს შეასრულებს მედიცინაში მისი ეფექტურობის გამო.

ერთ დღეში ნაკლებ დროში სპეციალისტებს შესაძლებლობა ექნებათ შეაფასონ საფრთხის რისკები, რომლებიც დაკავშირებულია გარკვეულ ვირუსებთან. მათ ასევე შეეძლებათ განსაზღვრონ პანდემიის დონე. და ეს უკვე დადასტურდა. გრიადუნოვმა, ბიოლოგიურ მეცნიერებათა კანდიდატმა, თქვა, რომ H1N1 გრიპის გამოჩენის დროს ბევრს საშინლად ეშინოდა მისი, თუმცა, სინამდვილეში, ის დიდ საფრთხეს არ უქმნიდა ადამიანებს, რადგან მისი ცილოვანი საფარი უკიდურესად დაუცველი იყო. . ფრინველის გრიპის შემთხვევაში ეპიდემიის შანსი არ არის იმის გამო, რომ ის არ შეიძლება გადავიდეს ერთი ადამიანის დაავადებიდან მეორეზე.

მსუბუქი ნიშანი

ჩიპების დიზაინი არც ისე რთულია. არის მინიატურული ფირფიტა, რომელზეც მატრიცაა მიმაგრებული. მატრიცა შეიცავს ბევრ უჯრედს. მათი ზომა არ აღემატება ას მიკრონს. მატრიცის მხოლოდ ერთ კვადრატულ მილიმეტრს შეუძლია რამდენიმე ასეული უჯრედის განთავსება. ისინი შეიძლება შევადაროთ პატარა საცდელ მილებს.

ალექსანდრე ჩუდინოვი, რომელიც პირადად მონაწილეობს ბიოლოგიური მიკროჩიპების შემუშავებაში, ამბობს, რომ ტექნოლოგიის საფუძველი დნმ-ის მოლეკულების განსაკუთრებული თვისებაა. ეს არის ორმაგი სპირალი, რომელიც აგებულია 2 პოლიმერული ჯაჭვის გამოყენებით. კონსტრუქციის პრინციპი ავსებს ერთმანეთს.

მეცნიერებმა დამოუკიდებლად უნდა შექმნან დნმ-ის სეგმენტის ერთი ჯაჭვი, მათ ასევე შეუძლიათ შექმნან ოლიგონუკლეოტიდი. მთავარია ჯაჭვის აგების სწორი თანმიმდევრობის გათვალისწინება. თანმიმდევრობა, რომელიც ყალიბდება დაავადების გამოვლენის მუტაციის შემდეგ, სწორია. მეცნიერებმა უნდა დააკავშირონ ეს სეგმენტები ჩიპურ უჯრედთან. შემდეგი, მატრიცა უნდა განთავსდეს სპეციალურ ყუთში, სადაც ის იქნება ჰერმეტულად დაცული. რჩება ლაბორანტის სამუშაოს შესრულება - კომპეტენტური ანალიზის ჩატარება. ნიმუში შეიძლება იყოს სისხლიდან ან ნერწყვიდან აღებული დნმ ვირუსი. შესაძლებელია თუ არა კონკრეტული პაციენტის დნმ-ის შესწავლა? რა თქმა უნდა, თუ არსებობს, მაგალითად, გენეტიკური მიდრეკილება კონკრეტული დაავადების მიმართ, ის შეიძლება გამოვლინდეს რამდენიმე საათში. არსებობს გარკვეული დაავადებების ინდივიდუალური ტოლერანტობის დიაგნოსტიკის შანსიც კი.

ლაბორანტის მუშაობა შემდეგია. მიღებული სურათი უნდა გაიგზავნოს საცდელ მილში, რის შემდეგაც მას ემატება კიდევ რამდენიმე ფერმენტი და ნუკლეოტიდი (ნუკლეოტიდების რაოდენობა მონიშნულია ფლუორესცენტური ნივთიერებით).

შედეგად, იწყება სინთეზის რეაქცია. ეს იწვევს დნმ-ის სეგმენტების რაოდენობის მნიშვნელოვან ზრდას. და რაც მთავარია, თითოეულ სეგმენტს ექნება ფლუორესცენტური მარკერი. ახლა "მზა" ნიმუში შეედინება ჩიპში. თუ არსებობს თანმიმდევრობები, რომლებშიც არის მუტაციები, იქმნება მათი კავშირი სეგმენტებთან. ამ სეგმენტებს ამ დრომდე შეიცვალა მათი თანმიმდევრობა. შედეგად, მიმდევრობები აფერადებენ სასურველ უჯრედს მარკერით.

სამუშაო ამით არ მთავრდება, რადგან თქვენ მაინც უნდა იზრუნოთ ჩიპის დამუშავებაზე გარკვეული გადაწყვეტილებებით. ამ პროცედურის შემდეგ ის იგზავნება სპეციალურ მკითხველთან. მას უწოდებენ კომპიუტერის დახმარებით ფლუორესცენციის ანალიზატორს. ახლა პროგრამა იწყებს მუშაობას. ის აანალიზებს მანათობელი უჯრედების ნიმუშს, რომლის წყალობითაც ჩნდება ინფორმაცია კონკრეტულად დნმ-ის იმ სეგმენტების შესახებ, რომლებმაც მიიღეს ცვლილებები. შედეგად, სპეციალისტს აქვს მონაცემები იმის შესახებ, თუ რომელი გენები შეიცვალა, რა დაავადებები აქვს პაციენტს, როგორი ბაქტერიები და ვირუსები აინფიცირებს მის ორგანიზმს.

უჯრედის ფორმატი სამგანზომილებიანია. და ეს მეცნიერთა ხელშია, რადგან შესაძლებელია დნმ-ის სეგმენტების დიდი რაოდენობით გამოყენება. რაც მეტია სეგმენტი, მით უფრო მაღალია ანალიზის შედეგების სიზუსტის პროცენტი. დღეს არის სპეციალური 3D უჯრედებიც კი, რომლებშიც შეგიძლიათ გაგზავნოთ მოლეკულები და დარწმუნებული იყოთ, რომ ისინი დაკარგავენ მათ ბიოლოგიური თვისებები. ამისთვის შეიქმნა ჰიდროგელი, რომელსაც შეუძლია შეინარჩუნოს თვისებები. ჰიდროგელი შეიძლება შევადაროთ გარემოს, რომელშიც მოლეკულები ცხოვრობენ ბიოლოგიურ სტრუქტურებში, განსხვავება ძალიან ცოტაა. ამ მოვლენების წყალობით ბიოჩიპს შეუძლია 12 თვის განმავლობაში მუშაობა. მათი ტრანსპორტირების თვალსაზრისით, კითხვები არ არის - განსაკუთრებით კრიტიკული ტექნოლოგიური პირობები არ არის საჭირო.

როგორ არის ახლა ტექნოლოგია?

ბიოჩიპები ჯერჯერობით კლინიკებში ვერ მოიძებნება, რადგან მუშაობა მხოლოდ ეტაპზეა კლინიკურ კვლევებში. ჩიპების დიაგნოზებს ბრმად არ ენდობიან - ისინი შემოწმდება ჩვენთვის ნაცნობი დაავადებების გამოვლენის მეთოდების მიხედვით. მიუხედავად ამისა, ყველა მიკრობიოლოგი დარწმუნებულია, რომ მომავალი ბიოჩიპების მიღმა დგას, საჭიროა მხოლოდ საკმარისი ყურადღება მივაქციოთ ამ ტექნოლოგიას.

გაითვალისწინეთ, რომ 2016 წელს მრავალი კვლევა მიმართული იყო ალცჰეიმერის დაავადების წინააღმდეგ ბრძოლისკენ. ასევე აქტიურად იკვლევდნენ შიზოფრენიას და ალკოჰოლიზმს. ყურადღება გამახვილდა დიაგნოსტიკური ტესტის სისტემის შემუშავებაზეც, რომლის საფუძველი სწორედაც დევს ბიოჩიპების გამოყენებითშეუძლია ზემოაღნიშნული დაავადებებისადმი მიდრეკილების გამოვლენა.

არ შეიძლება ითქვას, რომ ჩიპები არის განვითარება, რომლის გამოყენება შეუძლებელია სხვაგან, გარდა ჯანდაცვისა. ბიოჩიპების მიმართ ინტერესი ძალოვანმა უწყებებმაც კი გამოიჩინეს. სპეციალურად ამ სფეროსთვის შემუშავდა სპეციალური ჩიპები, რომლებსაც შეუძლიათ ოცდასამი მარკერის იდენტიფიკაცია. ეს დიდი რიცხვია, რადგან საკმარისია ადამიანის გენომის ათიათასობით სხვადასხვა ვარიანტის იდენტიფიცირება. უხეშად რომ ვთქვათ, ჩიპი უზრუნველყოფს მაღალი სიზუსტის ინფორმაციას იმის შესახებ, შეუძლია თუ არა ადამიანს კონკრეტული დანაშაულის ჩადენა. ტესტისთვის მხოლოდ ბიოლოგიური ნიმუშები იქნება საჭირო, რაც შეიძლება იყოს ნერწყვი, თმა და ა.შ.

ბუნებრივია, მაშინ, როცა საგამოძიებო მოქმედებები ჩიპის გამოყენებით არ ტარდება, რადგან ჯერ არ არის დადასტურებული რამდენად ზუსტი და ჭეშმარიტი ინფორმაციაა იგი. მაგრამ მეცნიერები ამბობენ, რომ ამ ტექნოლოგიის გამოყენება ძალზე ხელსაყრელ გავლენას მოახდენს სამართალდამცავი სფეროს განვითარებაზე. რა შეიძლება ითქვას ბოლოს და ბოლოს? იმ ეპოქამდე, რომელიც მოლეკულურ ბიოლოგიაში ფანტასტიკური ჩანდა, ძალიან ცოტა დრო დარჩა.

ბიოლოგიური მიკროჩიპი, ბიოჩიპი (ბიოჩიპი, ბერძ. ბიო(ები)- ცხოვრება და ლოგოები- კონცეფცია, დოქტრინა; ბერძენი მიკროს-პატარა და ინგლისური ჩიპი- ფრაგმენტი) - გადამზიდავი ფირფიტა, რომელზედაც მრავალი უჯრედი (რამდენიმე ათეულ ათასამდე) განლაგებულია გარკვეული თანმიმდევრობით, მათში განლაგებულია სხვადასხვა ერთჯაჭვიანი ოლიგონუკლეოტიდები ან ოლიგოპეპტიდები, რომელთაგან თითოეულს შეუძლია შერჩევით შეაერთოს გარკვეული ნივთიერება, რომელიც შეიცავს რთული ნარევი გაანალიზებულ ხსნარში. ბიოჩიპი გამოიყენება მოლეკულური გენეტიკური კვლევისთვის, ადამიანის სხვადასხვა დაავადების დიაგნოსტიკისთვის, მაღალი პათოგენური ვირუსების ექსპრეს დიაგნოსტიკისთვის, ასევე ვეტერინარიაში, სოფლის მეურნეობაში, სასამართლო ექსპერტიზაში, ტოქსიკოლოგიაში და გარემოს დაცვაში. პირველი ნაშრომი ბიოჩიპებზე თანამედროვე ფორმატში (დნმ-ის ფრაგმენტებით) გამოქვეყნდა A.D. Mirzabekov et al. 1989 წელს

ბიოლოგიური მიკროჩიპები (ბიოჩიპები), ან, როგორც მათ უფრო ხშირად უწოდებენ, დნმ-ის მიკრომასივებს, არის ერთ-ერთი უახლესი ინსტრუმენტი ბიოლოგიასა და მედიცინაში 21-ე საუკუნეში. ამჟამად მათ აქტიურად აწარმოებენ რამდენიმე ბიოტექნოლოგიური ფირმა. ბიოჩიპის ტექნოლოგია წარმატებით გამოიყენება როგორც კვლევითი მიზნებისთვის, ასევე სამედიცინო დაწესებულებებში დიაგნოსტიკისთვის.

მიკრომასივების დახმარებით შესაძლებელია ათასობით და ათიათასობით გენის მუშაობის ერთდროულად ანალიზი და მათი გამოხატვის შედარება. ასეთი კვლევა ხელს უწყობს ახლის შექმნას მედიკამენტები, გაარკვიეთ რომელი გენები და როგორ მოქმედებს ეს ახალი წამლები. ბიოჩიპები ასევე შეუცვლელი ინსტრუმენტია ბიოლოგიური კვლევისთვის, ერთ ექსპერიმენტში შეგიძლიათ ნახოთ სხვადასხვა ფაქტორების (წამლები, ცილები, კვება) გავლენა ათიათასობით გენის მუშაობაზე.

ბიოჩიპები საშუალებას გაძლევთ ძალიან სწრაფად განსაზღვროთ ვირუსული და ბაქტერიული პათოგენების არსებობა. Მნიშვნელოვანი სამედიცინო აპლიკაციაბიოჩიპები - ეს არის ლეიკემიის და სხვა ვირუსული დაავადებების დიაგნოზი. ბიოჩიპები საშუალებას გაძლევთ სწრაფად, რამდენიმე დღეში ან თუნდაც საათში განასხვავოთ ლეიკემიის გარეგნულად გამორჩეული ტიპები. ბიოჩიპები გამოიყენება სხვადასხვა სახის სიმსივნური სიმსივნეების დიაგნოსტიკისთვის.

1975 წელს დამზადებული Southern blotting იყო თანამედროვე "ცოცხალი ჩიპების" პროტოტიპი. ედ სამხრეთი. მან გამოიყენა ეტიკეტირებული ნუკლეინის მჟავა მყარ საყრდენზე დამაგრებულ დნმ-ის ფრაგმენტებს შორის სპეციფიკური თანმიმდევრობის დასადგენად. რუსეთში მეცნიერებმა ბიოჩიპების აქტიური შემუშავება დაიწყეს 1980-იანი წლების ბოლოს რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის მოლეკულური ბიოლოგიის ინსტიტუტში A.D. Mirzabekov-ის ხელმძღვანელობით.

ბიოჩიპები ყველაზე ზუსტად არის აღწერილი ინგლისური სახელწოდებით დნმ-მიკროარეიები, ე.ი. ეს არის დნმ-ის მოლეკულების ორგანიზებული განლაგება სპეციალურ მატარებელზე. პროფესიონალები ამ მედიას პლატფორმას უწოდებენ. პლატფორმა ყველაზე ხშირად არის მინის ფირფიტა (ზოგჯერ გამოიყენება სხვა მასალები, როგორიცაა სილიციუმი), რომელზედაც გამოიყენება ბიოლოგიური მაკრომოლეკულები (დნმ, ცილები, ფერმენტები), რომლებსაც შეუძლიათ შერჩევით შეაერთონ ანალიზირებული ხსნარში შემავალი ნივთიერებები.

იმისდა მიხედვით, თუ რომელი მაკრომოლეკულები გამოიყენება, არსებობს სხვადასხვა ტიპის ბიოჩიპები, რომლებიც ორიენტირებულია სხვადასხვა მიზნებზე. ამჟამად წარმოებული ბიოჩიპების ძირითად წილს შეადგენს დნმ-ის ჩიპები (94%), ე.ი. შაბლონები, რომლებიც ატარებენ დნმ-ის მოლეკულებს. დარჩენილი 6% არის ცილოვანი ჩიფსები.

მაკრომოლეკულების ორგანიზებული განთავსება პლატფორმაზე ძალიან მცირე ფართობს იკავებს, დაწყებული საფოსტო მარკიდან სავიზიტო ბარათამდე. ბიოჩიპის მიკროსკოპული ზომა საშუალებას გაძლევთ მოათავსოთ დიდი რაოდენობით სხვადასხვა დნმ-ის მოლეკულები მცირე ფართობზე და წაიკითხოთ ინფორმაცია ამ ზონიდან ფლუორესცენტური მიკროსკოპის ან სპეციალური ლაზერული კითხვის მოწყობილობის გამოყენებით (ნახ. 2.50).

თანამედროვე მიკროჩიპების დამახასიათებელი უჯრედების ზომები 50-200 μm-ის ფარგლებშია, უჯრედების საერთო რაოდენობა თითო ჩიპზე არის 1000-100000, ხოლო ჩიპის ხაზოვანი ზომები დაახლოებით 1 სმ. ზედაპირული მატრიცის ბიოჩიპებში დნმ არის იმობილიზაცია ზედაპირზე. მინის, პლასტმასის, ნახევარგამტარის ან ლითონისგან დამზადებული მემბრანები ან ფირფიტები. გელის ბიოჩიპებში დნმ იმობილირდება პოლიაკრილამიდის გელის ფენაში 10-20 მკმ სისქით, რომელიც დეპონირებულია სპეციალურად დამუშავებულ მინის ზედაპირზე. ჩიფსები ასევე შეიძლება გაიზარდოს პირდაპირ მინის ფირფიტიდან ფოტოლითოგრაფიით სპეციალური მიკრონიღბების გამოყენებით. იმობილიზაციადი დნმ გამოიყენება ზედაპირზე ან მექანიკური რობოტის ნემსის რასტერებით (ქინძისთავები) ან ჭავლური პრინტერის ტექნოლოგიის გამოყენებით. დეპონირების ხარისხის კონტროლი ხორციელდება სპეციალიზებული ოპტიკისა და კომპიუტერული გამოსახულების ანალიზის გამოყენებით. საღებავით მარკირებული დნმ-ის მოლეკულები შემდგომში ჰიბრიდირებულია ბიოჩიპზე.

ხსნარში ჰიბრიდირებული დნმ მონიშნულია ფლუორესცენტური ან რადიოაქტიური ეტიკეტით. დნმ-ის მოლეკულების ნარევის შემთხვევაში (მაგალითად, ველური ტიპის დნმ და დნმ მუტაციებით), თითოეულს ეტიკეტირებული აქვს საკუთარი ფლუორესცენტური საღებავით. საღებავის თვისებები არ უნდა იყოს დამოკიდებული დნმ-ის შემადგენლობაზე (A/T ან G/C) და ტემპერატურაზე. უჯრედებში ფლუორესცენციის ინტენსივობა იზომება სკანერის ან ფლუორესცენტური მიკროსკოპის გამოყენებით, რომელიც სიგნალს გადასცემს CCD-ს. თუმცა, ფლუორესცენცია არის მთავარი, მაგრამ არა ერთადერთი მეთოდი ჰიბრიდიზაციის შესასწავლად. კერძოდ, ჰიბრიდიზაციის ბუნების შესახებ მონაცემების მიღება შესაძლებელია აგრეთვე მასის სპექტრომეტრიის, ატომური ძალის მიკროსკოპის და ა.შ.

ყველა ტიპის ბიოჩიპების მოქმედების პრინციპი იმობილიზებული დნმ-ით ეფუძნება კომპლემენტურ დნმ-ებს შორის ზუსტ შესაბამისობას უოტსონ-კრიკის წესით: A-T, G-C. თუ იმობილიზებული და ჰიბრიდირებული დნმ-ის ნუკლეოტიდებს შორის შესაბამისობა ზუსტად აკმაყოფილებს კომპლემენტარობის პირობებს, მაშინ მიღებული დუპლექსები იქნება ყველაზე თერმოდინამიკურად სტაბილური. შედეგად, სასრულ ტემპერატურაზე ისინი უფრო მეტი იქნება, ვიდრე არასრულყოფილი დუპლექსები, კომპლემენტარობის პირობების დარღვევით, და, შესაბამისად, უფრო ძლიერი ფლუორესცენტური სიგნალი შეესაბამება სრულყოფილ დუპლექსებს. მოწყობილობის მუშაობა - ბიოჩიპების ანალიზატორი შედგება ყველაზე კაშკაშა უჯრედების იდენტიფიცირებასა და შედარებაში.

ჰიბრიდირებული დნმ, როგორც წესი, წინასწარ იწარმოება საკმარისი რაოდენობით PCR-ით. უფრო მოწინავე ტექნოლოგიებში PCR ხორციელდება უშუალოდ ჩიპზე. გარდა ამისა, ფრაგმენტაცია, ფოსფორილირება, დნმ-ის ლიგირება ან მინი-თანმიმდევრობა შეიძლება განხორციელდეს უშუალოდ ჩიპზე, რომელშიც დუპლექსის სიგრძე იზრდება ერთი ბაზის წყვილით. ეს უკანასკნელი ტექნიკა შეიძლება ეფექტურად იქნას გამოყენებული მუტაციების მოსაძებნად.

დასავლეთში და რუსეთში ახლა ჩამოყალიბდა ბიოჩიპების შექმნისა და გამოყენების ორი განსხვავებული მიმართულება და ორი განსხვავებული სტანდარტი. რუსული ბიოჩიპები უფრო იაფია, ხოლო დასავლური ბიოჩიპები უფრო დიდია. ამავდროულად, რუსეთში ბიოჩიპები ძირითადად კვლევით ლაბორატორიებში არიან დაკავებულნი, ხოლო დასავლეთში ეს, უპირველეს ყოვლისა, არის სამხედრო კვლევა და ჩიპების კომერციული წარმოება დიაგნოსტიკისთვის.

რუსული ონკოლოგიის ექიმები სამეცნიერო ცენტრიმათ. ნ.ნ. ბლოხინმა ნიჟნი ნოვგოროდის კოლეგებთან ერთად შეიმუშავა უნიკალური ტესტის სისტემა იმუნოციტოქიმიური კვლევისთვის. მას შეუძლია შეცვალოს მთელი ლაბორატორია, მსოფლიოში ანალოგი არ აქვს და იაპონიის წამყვანი ონკოლოგების მაღალი შეფასება აქვს მიღებული. ამ ინოვაციის დახმარებით შესაძლებელია პაციენტში ავთვისებიანი ნეოპლაზმის არსებობის ან არარსებობის დადგენა კლინიკაში პირველივე ვიზიტისას. ტესტის სისტემა ისეა გააზრებული, რომ მისი მარტივად და სწრაფად დანერგვა შესაძლებელია მთელი ქვეყნის მასშტაბით.

სიახლეს „ბიოჩიპი“ ერქვა. ეს იყო რუსეთის კიბოს კვლევის ცენტრის ხანგრძლივი ერთობლივი მუშაობის შედეგი. ნ.ნ. ბლოხინი, ნიჟნი ნოვგოროდის სამედიცინო აკადემია და ეპიდემიოლოგიისა და მიკრობიოლოგიის ინსტიტუტი. ი.ნ. ბლოხინი.

ბიოჩიპი ფუნდამენტურად ახალი განვითარებაა, - განუცხადა იზვესტიას ტესტის სისტემის ერთ-ერთმა ავტორმა, იზვესტიას სახელობის რუსული კიბოს კვლევის ცენტრის კლინიკური ციტოლოგიის ლაბორატორიის ხელმძღვანელმა. ნ.ნ. ბლოხინი, ონკოციტოლოგი მარინა სავოსტიკოვა. - 2016 წელს რუსეთში დავარეგისტრირეთ ტესტირების სისტემა სამეცნიერო მიზნით და მივიღეთ საერთაშორისო პატენტი. ბიოჩიპით იაპონელი კოლეგები დაინტერესდნენ. 2016 წლის ბოლოს მათ ხელი მოაწერეს ჩვენთან ხელშეკრულებას განვითარების გადაცემის შესახებ აზია-წყნარი ოკეანის რეგიონის ქვეყნებისთვის.

ტესტის სისტემა შექმნილია ნებისმიერი ავთვისებიანი პროცესის დიაგნოსტიკისთვის: კიბო, მელანომა, ლიმფომა. ეს არის თავად ბიოჩიპი, სკანერი შედეგების დიგიტალიზაციისთვის და სატრანსპორტო და მკვებავი საშუალება ბიომასალის შესანახად.

ბიოჩიპი არის 15 უჯრედად დაყოფილი სუბსტრატი, რომელშიც შეყვანილია სხვადასხვა ანტისხეულები. პაციენტისგან ანალიზისთვის აღებული ბიომასალა (სხეულის პათოლოგიური სითხე ან ნეოპლაზმიდან პუნქტიტი) უნდა დამუშავდეს სტანდარტულ ცენტრიფუგაში, რომელიც ხელმისაწვდომია ნებისმიერ ლაბორატორიაში და შემდეგ შეიყვანონ უჯრედებში, სადაც 37 გრადუსამდე გაცხელებისას ხდება რეაქცია. რეაქციის ვიზუალიზაციისთვის ანტისხეულებს დაემატა ფტოროქრომული ეტიკეტები. როდესაც კიბოს უჯრედის ანტიგენი რეაგირებს ანტისხეულთან, უჯრედი ანათებს. ამ სიკაშკაშით, თქვენ შეგიძლიათ დაუყოვნებლივ განსაზღვროთ არის თუ არა სიმსივნური უჯრედები ნიმუშში.

ეს არის ფლუორესცენტური იმუნოციტოქემიის მეთოდი, - განმარტა მარინა სავოსტიკოვამ. - რეაქცია თითქმის მყისიერია. ტექნოლოგია საშუალებას იძლევა ანალიზი სამჯერ უფრო სწრაფად, ვიდრე სტანდარტული მეთოდი და სამჯერ უფრო იაფი. თქვენ შეგიძლიათ ჩაატაროთ კვლევა ნებისმიერი კლინიკის პირობებში, სადაც პაციენტმა მიმართა ნებისმიერი ჩივილით.

მიუხედავად იმისა, რომ ბიოჩიპს შეუძლია განასხვავოს ავთვისებიანი ნეოპლაზმიკეთილთვისებიანი, ექიმები არ გვთავაზობენ ყველას კიბოს ამ გზით შემოწმებას. ანალიზისთვის იღებენ პუნქციის შედეგად მიღებული პათოლოგიური ქსოვილის სითხეს ან უჯრედებს.

მაგალითად, პაციენტი მივიდა თერაპევტთან კისრის არეში შეშუპების ჩივილით, განმარტავს მარინა სავოსტიკოვა. - ეს შეიძლება იყოს ნორმალური ლიმფადენიტი, კისრის კისტა, ალერგიული რეაქციამწერის ნაკბენისკენ, კისრის რბილი ქსოვილის სარკომა. ხოლო თუ პაციენტს აქვს სითხე ფილტვებში, მიზეზი შეიძლება იყოს ტუბერკულოზი, პნევმონია, კიბოს მეტასტაზები, მეზოთელიომა. ტესტის ახალი სისტემის დახმარებით ჩვენ შეგვიძლია ეს ყველაფერი გამოვრიცხოთ და ექიმებს მივცეთ რეკომენდაციები, თუ სად ეძებონ პრობლემა.

ამ დიაგნოსტიკური მეთოდის ფართოდ დანერგვისთვის არ არის საჭირო ონკოციტოლოგების დარგვა თითოეული პოლიკლინიკის ლაბორატორიაში. საჭიროა მხოლოდ თითოეული ლაბორატორიის ბიოჩიპებითა და სკანერებით აღჭურვა. სასურველია, რომ მას ჰქონდეს საცდელი მილები სატრანსპორტო-კვებითი გარემოთი (TPS). ეს არის ასევე პროექტის ავტორების განვითარება. TPS არის მჭიდროდ დახურული საცდელი მილი, რომელშიც შეჰყავთ ბიომასალა. ტუბი შეიცავს კონსერვანტებს, რომლებიც აფერხებენ მიკრობების ზრდას. ამ გარემოში ბიომასალის შენახვა შესაძლებელია მაცივრის გარეშე ერთ თვემდე.

პოლიკლინიკის ან საავადმყოფოს ქირურგმა უნდა გაიაროს პუნქცია და შეიყვანოს პათოლოგიური მასალა TPS-ში, შემდეგ კი ბიოჩიპზე. ამის შემდეგ მოათავსეთ სატესტო სისტემა სკანერში, რომელიც სურათს გადასცემს სარეფერენტო ცენტრის სპეციალისტს.

ჩვენ უკვე დავიწყეთ ბიოჩიპების მცირე წარმოება, - განაცხადა პროექტის კიდევ ერთმა ავტორმა, ატომური ელექტროსადგურ „ბიოჩიპის“ დირექტორმა სვიატოსლავ ზინოვიევმა. - მდებარეობს ნიჟნი ნოვგოროდში. ჩვენ შევქმენით მოწყობილობა ავტომატური ბიოჩიპური ბეჭდვისთვის ნულიდან, რადგან მსოფლიოში ანალოგი არ არსებობს და შესაბამისად არ არსებობს შესაბამისი დიზაინის გადაწყვეტილებები. სკანერები ჩვენი შეკვეთით და მითითების პირობებიასევე აწარმოებს ნიჟნი ნოვგოროდის საწარმოს.

სვიატოსლავ ზინოვიევის თქმით, სკანერების წარმოება არის იმპორტის ჩანაცვლება. თითოეული მოწყობილობის ჯამური ღირებულება 10-ჯერ ნაკლები იქნება იმპორტირებული ანალოგი. სკანერებმა გაიარეს ლაბორატორიული ტესტი და ახლა დეველოპერები წარადგენენ დოკუმენტებს მათი რეგისტრაციისთვის.

ბიოჩიპი დამონტაჟებულია სკანერში, რომელიც ციფრულ სურათს ახდენს და აგზავნის რეგიონულ საცნობარო ცენტრში. იქ დიდი გამოცდილების მქონე ციტოლოგები ათვალიერებენ სურათს, აანალიზებენ დისტანციურად მოპოვებულ მასალას და დასკვნას უკან უგზავნიან. ექიმთან მეორე ვიზიტისას პაციენტი იღებს ზუსტ დიაგნოზს და მკურნალობის დაწყების შესაძლებლობას. ყველა რთული შემთხვევებირის ინტერპრეტაციას რეგიონულმა ციტოლოგებმა ვერ შეძლეს, რუსეთის კიბოს კვლევის ცენტრის საბჭო განიხილავს. ნ.ნ. ბლოხინი. მთავარ საცნობარო ცენტრთან კომუნიკაცია ორგანიზებულია საინფორმაციო და ანალიტიკური სისტემის მეშვეობით, რომლის შექმნაც შედის პროექტში.

ძალიან მნიშვნელოვანია დიაგნოზის დადგენა რაც შეიძლება ადრე. ამისთვის კიბოს პაციენტიეს ტერმინები სიცოცხლეა. მიზნობრივი ტექნოლოგიების ეპოქაში ონკოლოგიას მკურნალობენ. ახლა ხუთწლიანი გადარჩენის ზღვარი ნორმაა. არის სიმსივნეები, საიდანაც ისინი აღარ კვდებიან. მაგალითად, ეს არის სიმსივნე ფარისებრი ჯირკვალი- თქვა მარინა სავოსტიკოვამ.

სვიატოსლავ ზინოვიევის თქმით, ახალი ტესტის სისტემის გამოყენებით დიაგნოსტიკა შეიძლება იყოს უფასო პაციენტებისთვის, რადგან იმუნოციტოქიმიური კვლევა შედის სავალდებულო სამედიცინო დაზღვევის (CHI) სტანდარტებში.

ახალი სქემით მუშაობისთვის მზადყოფნა უკვე გამოაცხადეს ნიჟნი ნოვგოროდმა, ჩებოქსარიმ, სანკტ-პეტერბურგმა, იაროსლავლმა, დონის როსტოვმა, კრასნოდარმა და სხვა რეგიონებმა. ჩვენ ვეკონტაქტებოდით ციტოლოგებს, ონკოლოგიური დისპანსერების დირექტორებს და მთავარ ექიმებს, ზოგიერთი რეგიონის სამინისტროების წარმომადგენლებს და ყველგან დიდი ინტერესით ვხვდებოდით, - განაცხადა სვიატოსლავ ზინოვიევმა.

ახლა ბიოჩიპის შემქმნელები ელოდებიან Roszdravnadzor-ის დასკვნას, რომლის გარეშეც შეუძლებელია მასობრივი წარმოების დაწყება.

დრო რომ არ დავკარგოთ, უკვე დავიწყეთ სპეციალისტების მომზადება, რომლებიც იმუშავებენ ახალი სისტემა, - აკონკრეტებს მარინა სავოსტიკოვა. - ჩვენთან გაივლიან ტრენინგს ციტოლოგები, ჩააბარებენ გამოცდებს და მიიღებენ სერთიფიკატებს. და მხოლოდ ამის შემდეგ შეძლებენ ბიოჩიპზე მიღებული შედეგების დამოუკიდებლად ინტერპრეტაციას.

Roszdravnadzor-ის დადებითი ვერდიქტით, პროექტის მონაწილეები გვპირდებიან პროექტის ძალიან სწრაფ განხორციელებას. ფაქტობრივი ბოლო ვადაა 2017 წლის აპრილი.

ამ ტიპის დიაგნოსტიკის მასობრივი დანერგვის აუცილებლობას ადასტურებენ ექსპერტ-ონკოლოგები.

ბიოჩიპის იდეა ახალი არ არის. მსგავსი სისტემები იქმნება ჩვენს ინსტიტუტში, მაგრამ ჯერჯერობით მხოლოდ ლეიკემიის დიაგნოსტიკისთვის ვიყენებთ, - ალექსეი მასჩანი, გენერალური დირექტორის მოადგილე - სახელმწიფო საბიუჯეტო დაწესებულების "FNKTs DGOI" ჰემატოლოგიის, იმუნოლოგიისა და უჯრედული ტექნოლოგიების ინსტიტუტის დირექტორი. ამის შესახებ „იზვესტიას“ რუსეთის ჯანდაცვის სამინისტროს დიმიტრი როგაჩოვმა განუცხადა. - მართლაც, შორეულ რეგიონებში დიაგნოსტიკის ხელმისაწვდომობის პრობლემაა და ამგვარ განვითარებას შეუძლია მისი გადაჭრა. ბიოჩიპის გამოყენებით დიაგნოსტიკის უპირატესობა მის პრაგმატიზმს - დაფინანსების ნაკლებობის პირობებში სამედიცინო დაწესებულებებიასეთი ტესტის სისტემას შეუძლია გადაჭრას ზოგიერთი პრობლემა. მაგრამ მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ის გაუძლო კლასიკურ სადიაგნოსტიკო მეთოდებთან შედარებით.

ჯანდაცვის სამინისტროს მთავარი ონკოლოგის თქმით, ასეთი სისტემების ტირაჟირებაა საჭირო და არა მხოლოდ ჩვენს ქვეყანაში.

ეს არის ჭეშმარიტად უნიკალური ტესტის სისტემა ნებისმიერი ავთვისებიანი პროცესის დასადგენად და ჯერჯერობით მას მსოფლიოში არსად აქვს ანალოგი, - განუცხადა „იზვესტიას“ რუსეთის ჯანდაცვის სამინისტროს მთავარმა ონკოლოგმა, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის აკადემიკოსმა მიხაილ დავიდოვმა. - ეს არის მნიშვნელოვანი გადაწყვეტილება კიბოს დიაგნოსტიკის სფეროში, რომელიც საჭიროებს გამეორებას და ჩვენებას არა მარტო შიდა, არამედ უცხოელ კოლეგებსაც.

ბიოჩიპი არის დნმ-ის ან ცილის მოლეკულების ორგანიზებული განთავსება სპეციალურ მატარებელზე – „პლატფორმაზე“.

პლატფორმა არის ფირფიტა, რომლის ფართობია მხოლოდ 1 სმ2 ან ცოტა მეტი. იგი დამზადებულია მინის ან პლასტმასისგან ან სილიკონისგან. მასზე, მკაცრად განსაზღვრული თანმიმდევრობით, შეიძლება განთავსდეს მრავალი დნმ ან ცილის მოლეკულა. აქედან გამომდინარეობს სიტყვის ტერმინში - "მიკრო".

ბიოჩიპი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ნივთიერების მოლეკულების გასაანალიზებლად. ამისათვის მასზე ფიქსირდება "აღმცნობი" მოლეკულები. თითოეული ეს მოლეკულა აღინიშნება ტერმინით "ზონდის მოლეკულა" და თითოეული შესწავლილი მოლეკულა არის

"ზონდის მოლეკულა".

ბიოჩიპზე ზონდის მოლეკულას თავად მკვლევარი განსაზღვრავს, ე.ი. ის გეგმავს რომელი მოლეკულა მოძებნოს შესასწავლ მასალაში მოლეკულებს შორის - სითხეში და ა.შ. თუ დნმ მიკროჩიპზე შეისწავლება, ეს არის დნმ-ის ჩიპი, თუ ცილის მოლეკულა არის ცილის ჩიპი.

როგორ ფიქსირდება ზონდის მოლეკულები ბიოჩიპზე?

ბევრ ქვეყანაში ზონდის მოლეკულები მიმაგრებულია პირდაპირ მინის ფირფიტაზე, ე.ი. სუბსტრატს ლაზერის გამოყენებით. ჩვენს ქვეყანაში ზონდის მოლეკულები მოთავსებულია გელის უჯრედებში, თითოეული დიამეტრით 100 მიკრონზე ნაკლები, უჯრედები ფიქსირდება ფირფიტაზე მიკროჩიპის წარმოების პროცესში. ჩიპზე უჯრედების რაოდენობა უკვე რამდენიმე ათასს აღწევს.

უჯრედებში ზონდის მოლეკულები ქიმიურად არის შეკრული და ფუნქციურად აქტიურ მდგომარეობაშია.

ვინაიდან უჯრედები ივსება სამგანზომილებიანი სტრუქტურის გელით, ისინი ინარჩუნებენ დიდი რაოდენობითზონდის მოლეკულები და არა ჩიპები, რომლებშიც ზონდის მოლეკულები უბრალოდ ფირფიტაზეა მიმაგრებული. ასევე მნიშვნელოვანია, რომ ქიმიური რეაქციაზონდის მოლეკულასა და გელით უჯრედში შეყვანილ ზონდის მოლეკულას შორის მიმდინარეობს როგორც სითხეებში და, შესაბამისად, ისე, როგორც ცოცხალ ორგანიზმში.

თითოეული უჯრედის ტიპის გენომისა და პროტეომის შესწავლა ნორმაში და ნებისმიერ დაავადებაში შესაძლებელს გახდის გაირკვეს, რომელი გენი ან გენები იწვევს კონკრეტულ დაავადებას.

დნმ-ის ჩიპზე ირკვევა დაავადების მიზეზი: გენის ან გენების სტრუქტურის დეფექტები, ან გენის აქტივობის ცვლილება მისი ნორმალური აგებულებით.

ცილის ჩიპზე გენში „დაშლის“ შედეგებს განსაზღვრავს მისი პროდუქტის – უჯრედში არსებული ცილების ცვლილებები. უჯრედის გენის ან პროტეინის ცვლილებები მათი ეტიკეტი ან მარკერია (ინგლისური ნიშნიდან - ნიშანი, ეტიკეტი).

მაშასადამე: მონიშნული გენი არის მარკერის გენი, ხოლო მონიშნული ცილა არის მარკერის ცილა. ეს მარკერები შესაძლებელს ხდის პაციენტში აღმოაჩინოს კონკრეტული დაავადებისთვის დამახასიათებელი დეფექტური ან დაავადებული უჯრედი, მათ შორის კიბო. ღეროვანი უჯრედების. დაავადების დიაგნოსტიკისას მარკერის გენი და საკონტროლო მარკერის ცილა შედარებულია ნორმალურ უჯრედულ გენთან და მის პროდუქტთან - პროტეინებთან.

ნათელია, რომ დნმ-ის ჩიპზე, ზონდის მოლეკულა არის მარკერის გენი, ხოლო ცალკეულ უჯრედში კონტროლისთვის, ეს არის ნორმალური გენი; პროტეინის მიკრომასივში, ანტისხეული ან ანტიგენი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც კვლევითი მოლეკულა.

ბიოჩიპების წარმოების მეთოდები

1. დნმ-ის ან ცილის მოლეკულები წინასწარ სინთეზირებულია და შემდეგ მოთავსებულია მატრიცაზე. ამ მეთოდის მინუსი არის მატრიცაზე ზონდის მოლეკულის დაბალი სიმკვრივე, 1000 მოლეკულამდე და მათი სინთეზის შრომატევადი პროცესი.

მარკერის გენის ასლების მიღება შესაძლებელია PCR-MMC მეთოდით, მარკერის ცილის ასლებისთვის ასეთი მეთოდი არ არსებობს. მისი ასლები შეიძლება შეიქმნას მარკერის ცილის გენის mRNA ბაქტერიაში: E. coli ან საფუარის უჯრედებში ჩასმით.

2. დნმ-ის ჩიპებისთვის ოლიგონუკლეოტიდების სინთეზი უშუალოდ მატრიცაზე ხორციელდება. ასეთ ჩიპებს აქვთ ზონდის მოლეკულების გაცილებით მაღალი სიმკვრივე.

3. ოლიგონუკლეოტიდების გამოყენება მატრიცის მკაცრად განსაზღვრულ უბანზე ჭავლური პრინტერით.

ჩვენში ბიოჩიპები - დნმ-ის ჩიპი და ცილის ჩიპი პირველი მეთოდით მზადდება.

ბიოჩიპი 21-ე საუკუნის მედიცინის უახლესი მოწყობილობაა. მარკერის მოლეკულების მიხედვით, ის იძლევა საშუალებას:

1) ნებისმიერი დაავადების დიაგნოსტირება: მის დაწყებამდე ან მის დასაწყისში;

2) ორგანიზმში აღმოაჩინოს ესა თუ ის ვირუსი, ბაქტერია და კიბოს უჯრედები;

3) ცილის ჩიპს შეუძლია წამლების პოვნა დაბალი მოლეკულური წონის ნაერთებს შორის გაანალიზებულ მასალებში;

4) ბიოჩიპებზე ამ პრობლემების გადაჭრა შეიძლება რამდენიმე საათში მოხდეს და არა დღეებში და ა.შ.

ბიოჩიპების მოქმედების პრინციპი და ანალიზის ეტაპები

1. დნმ ჩიპი.

ჩვენ ვიცით, რომ დნმ-ის მოლეკულა შედგება ორი დამატებითი ჯაჭვისგან. თითოეული ჯაჭვის საფუძველია ოთხი აზოტოვანი ბაზის თანმიმდევრობა: ადენინი (A), გუანინი (G), თიმინი (G) და ციტოზინი (C).

ამ შემთხვევაში ერთ ჯაჭვში ფუძეების თანმიმდევრობა განსაზღვრავს მეორეში ფუძეების თანმიმდევრობას: A-T და G-C. როდესაც წყალბადის ბმები სპონტანურად წარმოიქმნება ამ კომპლემენტარულ ფუძეებს შორის, ორი ჯაჭვი უერთდება, ე.ი. ჰიბრიდიზაცია ორმაგ სპირალში და შეაერთეთ ძაფები. დნმ-ის ჩიპის მოქმედების პრინციპი დაფუძნებულია დამატებითი ფუძეების ერთმანეთთან დაკავშირების უნარზე: A T-სთან და G C-სთან.

ანალიზის ეტაპები დნმ ჩიპის გამოყენებით

1. ცნობილი მარკერის გენის ასლები ფიქსირდება ჩიპის უჯრედებში ამ გენის ერთი ჯაჭვის სახით, ე.ი. მისი "ნახევარი" არის cDNA.

2. პაციენტის სისხლის პლაზმიდან იზოლირებულია მარკერის გენის ასლი, ე.ი. mRNA.

3. mRNA მოლეკულაზე, საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას ფერმენტის გამოყენებით, სინთეზირდება მარკერის გენის კიდევ ერთი ჯაჭვი, ე.ი. მისი მეორე "ნახევარი" - cDNA. PCR-MMC ავრცელებს ამ cDNA-ს - ეს არის ზონდის მოლეკულები და ისინი ეტიკეტირებულია ფლუორესცენტური საღებავით.

4. რობოტი ათავსებს ზონდის მოლეკულებს ჩიპზე არსებულ გარკვეულ უჯრედებში კიბოს ღეროვანი უჯრედის მარკერის გენების ასლით.

თუ პლაზმის ნიმუშიდან გენების cDNA ავსებს შესაბამის უჯრედებში cDNA-ს, მაშინ მათ შორის მოხდება ჰიბრიდიზაცია და ასეთი უჯრედები დაიწყებენ ნათებას. ჩიპი სკანირებულია ლაზერით, აკონტროლებს ფლუორესცენტური სიგნალის ინტენსივობას თითოეულ უჯრედში. ანუ პლაზმაში არის მარკერის გენები, რაც ნიშნავს, რომ პაციენტის ორგანიზმში არის კიბოს ღეროვანი უჯრედები.

თუ ამ მოლეკულებს შორის არ არის ჰიბრიდიზაცია, მაშინ ამ პლაზმის ნიმუშში არ არის კიბოს ღეროვანი უჯრედების მარკერის გენი.

როდესაც არსებობს გენი მუტაციით, მაშინ მოხდება მისი cDNA-ს ჰიბრიდიზაცია ჩიპზე იმ ზონდის მოლეკულის cDNA-სთან, რომელსაც აქვს ეს მუტაცია. თუ ეს არის wt53 სუპრესორული გენი, მაშინ ეს ასევე შეიძლება მიუთითებდეს კიბოს ღეროვანი უჯრედის ან უჯრედების არსებობაზე პაციენტის სხეულში.

კიბოს უჯრედი წარმოიქმნება ქსოვილის ღეროვანი უჯრედიდან მასში ნაყოფის ცილის გენების ჩართვის გამო. ამიტომ, პაციენტის პლაზმის ნიმუშის მოლეკულებში იქნება ამ გენების cDNA და მათი არარსებობა კონტროლში.

რაც უფრო დაბალია ეპიმუტანტური და მუტანტური მარკერის გენების ტიტრი პაციენტის პლაზმის ნიმუშში, მით ნაკლებია კიბოს უჯრედები მის სხეულში.

კიბოს უჯრედების გამოვლენა სისხლის პლაზმის ან სხვა ბიოლოგიური სითხეების ნიმუშში პაციენტისგან - შარდი, ნერწყვი, ცრემლსადენი სითხე და ა.შ. კიბოს მიკრომეტასტაზები. და ეს მათ გამოვლენამდე დიდი ხნით ადრე სტანდარტული მეთოდებით - ულტრაბგერითი, რადიოგრაფია, CT სკანირებადა ა.შ.

ბიოჩიპს შეუძლია აღმოაჩინოს დაავადების საფრთხე მარკერული გენებით. ასე რომ, თუ აღმოჩენილია მარკერის გენები, მაგრამ მათი პროდუქტები - ცილები უჯრედში - ჯერ არ არის ნაპოვნი, მაშინ ეს არის წინასწარი ავადმყოფობის გამოვლენა. კიბოსთან დაკავშირებით, ეს არის კიბოსწინარე უჯრედები. ვინაიდან ამ შემთხვევაში ბიოჩიპი მხოლოდ ავადმყოფობის ალბათობას ავლენს, ასეთი ჩიპი ჯერ არ ექვემდებარება სერტიფიცირებას.

პაციენტის სისხლის პლაზმა არის მთავარი რეზერვუარი, სადაც შეაღწევს მარკერის გენები დეფექტური ან დაავადებული უჯრედების მომაკვდავი კონკრეტული დაავადების სხვადასხვა ორგანოებიდან, მათ შორის კიბოს უჯრედებიდან. ორგანიზმში ასეთი უჯრედები შეიძლება დაიღუპოს ნეკროზისა და აპოპტოზის გამო და მათი გენები შემდეგ შედიან სისხლში უჯრედშორისი სითხის მეშვეობით.

პაციენტის სისხლის პლაზმაში მარკერის გენების დაბალი ტიტრი, დნმ-ის ჩიპზე ანალიზის მიხედვით და მათი პროდუქტის - ცილების არარსებობის მიხედვით, შეიძლება ნიშნავდეს წინასწარ დაავადებას, ხოლო თუ ისინი არსებობს - დაავადებას. იგივე ეხება კიბოს. ეს შეიძლება ნიშნავს კიბოს ადრეულ დიაგნოზს - მის II დონეს.

2. ცილოვანი ჩიპი.

ცილის ანალიზისთვის ჩიპის სტრუქტურა იგივეა, რაც დნმ-ის ჩიპების. მხოლოდ იმ ჩიპებს, რომლებზეც ფერმენტული რეაქცია მიმდინარეობს, აქვთ უჯრედების უფრო იშვიათი განლაგება, ხოლო მათ, რომლებზეც დნმ-ის რეაქცია მიმდინარეობს, უფრო ხშირია.

მარკერის ცილები არის გენის ან გენების „დაშლის“ პროდუქტი; ისინი აქცევენ ნორმალურ უჯრედს დეფექტურ ან დაავადებულ უჯრედად კონკრეტული დაავადების დროს. ეს ცილები ჩნდება უჯრედების ზედაპირზე და წარმოადგენს ანტიგენის პროტეინებს და ისინი განსხვავებულია თითოეული დაავადებისთვის.

კიბოს ღეროვან უჯრედზე ჩნდება ნაყოფის ცილები და რეცეპტორული ცილები, რომლებიც არ არის ნორმალურ ღეროვან უჯრედზე. არის თუ არა ისინი ცილა-ანტიგენები - კითხვა გადაწყვეტილი არ არის.

ცილის ჩიპში, როგორც ზონდის მოლეკულა, ე.ი. დეფექტური ან დაავადებული უჯრედის მარკერის ცილა შეიძლება იყოს ანტიგენური ცილა, შემდეგ მის მიმართ ანტისხეულები განისაზღვრება პაციენტის შრატში. თუ ანტისხეული მიიღება ზონდის მოლეკულად, მაშინ პაციენტის სისხლის შრატში ეძებენ ანტიგენის პროტეინს.

ადამიანის გენომის დეკოდირებასთან დაკავშირებით, აუცილებელია უჯრედებში დიდი რაოდენობით ცილების ფუნქციების ანალიზი. სხვადასხვა ტიპისმათ შორის მანამდე უცნობი. ათასობით ცილა შეიძლება დაფიქსირდეს სხვადასხვა მიკროჩიპის უჯრედში და ერთდროულად გაანალიზდეს მათი უნარი: შეაერთოს ცნობილი ლიგანდი, დააკავოს კონკრეტული ფერმენტული რეაქცია, ურთიერთქმედება ანტისხეულებთან, დაბალი მოლეკულური წონის ნაერთებთან და ა.შ.

კიბოს უჯრედში, მარკერის ცილების, რეცეპტორული ცილების და მათ მიმართ ანტისხეულების გარდა, მნიშვნელოვანია შევისწავლოთ ინვაზიის თვისებების ცილები, სისხლძარღვთა ენდოთელური ზრდის ფაქტორი -1 და მისი რეცეპტორული ცილები ჰემატოპოეზური უჯრედის ზედაპირზე და ა.შ. .

პროტეინის ჩიპის მუშაობის პრინციპი

ის ასევე დაფუძნებულია მონაწილე მოლეკულების, მაგრამ ცილოვანი მოლეკულების კომპლემენტარულობაზე.

1. ანტიგენი თავისი ანტისხეულით. ანტიგენი არის ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც ჩვეულებრივ შეიცავს რაიმე სახის პროტეინს, რომელსაც შეუძლია გამოიწვიოს იმუნური პასუხი.

ანტისხეული არის ცილის მოლეკულა, რომელიც გამოიყოფა ერთ-ერთი უჯრედის მიერ იმუნური სისტემა. ამ მოლეკულის ფორმა და ელექტრული მუხტის განაწილება მის ზედაპირზე აიძულებს მას შეუერთოს ანტიგენი, რომელიც ავსებს მას ფორმაში და მუხტის განაწილებაში.

პირველად ჯერ კიდევ 1942 წელს. ნობელის ლაურეატილ. პაულინგმა და მისმა კოლეგებმა წამოაყენეს სწორი პოსტულატი, რომ ანტიგენისა და მისი ანტისხეულების სამგანზომილებიანი სტრუქტურა

ისინი ავსებენ ერთმანეთს და, შესაბამისად, „პასუხისმგებელნი“ არიან ანტიგენ-ანტისხეულების კომპლექსის ფორმირებაზე.

2. სუბსტრატი საკუთარი ფერმენტით. ტოპოქიმიური კორესპონდენციის ჰიპოთეზაზე დაყრდნობით, ფერმენტის მოქმედების სპეციფიკა დაკავშირებულია სუბსტრატის იმ ნაწილის ამოცნობასთან, რომელიც არ იცვლება კატალიზის დროს. წერტილოვანი კონტაქტები და წყალბადის ბმები წარმოიქმნება სუბსტრატის ამ ნაწილსა და ფერმენტის სუბსტრატის ცენტრს შორის.

3. ცილა დაბალმოლეკულური ნაერთით. ცილის დათრგუნვა მოითხოვს მათ შორის კავშირს - პროტეინის მოლეკულის აქტიურ უბნებთან კავშირის დამატებითი ზედაპირი,

4. ფერმენტი დაბალმოლეკულური ნაერთით. ფერმენტები და სხვა ცილები ქმნიან კიბოს უჯრედის ყველა თვისებას, ამიტომ ისინი წამლების მთავარი სამიზნეა. ფერმენტის დაბალი მოლეკულური წონის ნაერთის მიერ ფერმენტის ბლოკადისთვის ასევე აუცილებელია მათ შორის კომპლემენტარულობა: ნაერთის მოლეკულის ზედაპირი უნდა იყოს სუბსტრატის რეგიონის ზედაპირის ასლი, რომელიც არ იცვლება კატალიზის დროს.

ანალიზის ნაბიჯები ცილის ჩიპის გამოყენებით

1. ჩიპის უჯრედებში ფიქსირდება ცნობილი ცილა - ანტისხეული ცილის მიმართ, რომელიც ქმნის კონკრეტული დაავადების დეფექტურ ან დაავადებულ უჯრედს. სამიზნე ცილა არის მარკერის ცილა.

2. ანალიზისთვის იღებენ შრატის სინჯს პაციენტის სისხლის შრატიდან. ნიმუშს ემატება ფლუორესცენტური საღებავი - თითოეული მარკერის ცილის მოლეკულა იღებს ამ ნივთიერებას.

3. რობოტის დახმარებით ნიმუშიდან შრატის წვეთები ჩიპის გარკვეულ უჯრედებში დევს. ზონდის მოლეკულები ეძებენ მათ დამატებით მოლეკულებს ზონდის მოლეკულებს შორის. თუ არსებობს ასეთი მოლეკულა, მაშინ ის აკავშირებს ჩიპის უჯრედში არსებულ ზონდის მოლეკულას; მათ შორის ხდება ქიმიური რეაქცია და ის იწყებს ნათებას.

4. უჯრედები, რომლებშიც ნათელი ბზინვარება გამოჩნდა, მიუთითებს სასურველი მარკერის ცილის არსებობაზე. ვინაიდან ეს ცილა არის კონკრეტული დაავადების დეფექტური ან დაავადებული უჯრედის მარკერი, ის მიუთითებს ამ დაავადების დაწყებაზე პაციენტში. ანალოგიურად, კიბოს უჯრედ(ებ)ის არსებობა პაციენტის სხეულში გამოვლენილია მათი მარკერის ცილების მიერ.

თუ ანტიგენური ცილა ფიქსირდება ჩიპის უჯრედებში, მაშინ პაციენტის სისხლის შრატში ეძებენ ანტისხეულებს მარკერის ცილის მიმართ. თუ შრატი შეიცავს ანტისხეულებს მარკერის ცილის მიმართ, ეს მიუთითებს პაციენტის ორგანიზმში კიბოს უჯრედების არსებობაზე, ე.ი. პაციენტი ავად არის. და კიბოს უჯრედების ინვაზიის თვისებების მარკერული პროტეინებით, მაგალითად, Mts1 ცილის და სხვათა არსებობით, შესაძლებელია კიბოს უჯრედების მიკრომეტასტაზების დარეგისტრირება სადმე პაციენტის სხეულში.

ჩვენ უკვე ვიცით, რომ ცილები, რომლებიც წარმოიქმნება კიბოს უჯრედებში, მაგრამ არა ნორმალურ უჯრედებში, არის მარკერის ცილები ან ანტიგენები. ასეთი ცილების არსებობა იმის ნიშანია, რომ გენი, რომელიც იწვევს ნორმალური უჯრედის კიბოს უჯრედად გარდაქმნას, დაიწყო თავისი დესტრუქციული მოქმედება. მარკერის ცილების მიერ კიბოს უჯრედების გამოვლენა შესაძლებელს ხდის კიბოს ან მისი მიკრომეტასტაზების დიაგნოსტირებას პაციენტში მისი სიმპტომების გამოვლენამდე დიდი ხნით ადრე. პაციენტის სისხლის შრატში მარკერის ცილის ტიტრი განსაზღვრავს მის ორგანიზმში კიბოს უჯრედების რაოდენობას. სისხლის შრატში, ისევე როგორც პაციენტის სხვა სითხეებში კიბოს უჯრედებიდან მარკერული ცილების დაბალი ტიტრი, არის პაციენტის ორგანიზმში კიბოს უჯრედების მცირე რაოდენობის ნიშანი. ეს შეიძლება გახდეს ადრეული დიაგნოზიკიბო - მისი II დონე.

ასე რომ, 21-ე საუკუნეში, როდესაც გამოვლინდება მარკერის გენები და მარკერული ცილები, რომლებიც იწვევენ კონკრეტულ დაავადებას, მისი დიაგნოზი, კიბოს ჩათვლით, ადრეული გახდება, ე.ი. ორ დონეზე: 1) "დასაწყისამდე" - მარკერის გენებით და 2) "საწყისში" - მარკერის ცილებით.

მარკერის გენები და მარკერის ცილები დეფექტურ ან დაავადებულ უჯრედში არის ახალი მედიკამენტების სამიზნეები ან სამიზნეები. მათზე დაყრდნობით შეიქმნება მედიკამენტები და სხვა საშუალებები, მათ შორის ვაქცინები. სამიზნე მოლეკულებთან კომპლემენტარობის გამო, მედიკამენტები იმოქმედებს შერჩევით, ნორმალური უჯრედების დაზიანების გარეშე.

ექიმი დაავადების გენ-მარკერებზე მოქმედებით შეძლებს მის პრევენციას, უჯრედების ცილა-მარკერებზე მოქმედებით კი სწორედ „ემბრიონში“ განიკურნება.

ამ ორი გზით ექიმი მოიპოვებს, ასე ვთქვათ, სრულ ძალას უჯრედულ დონეზე ნებისმიერ დაავადებაზე.

პაციენტის სხეულის სხვადასხვა გარემოში მარკერის გენებისა და მარკერის ცილების ძიება შეიძლება სწრაფად და ზუსტად განხორციელდეს ბიოჩიპებზე, გარდა ამისა, მარკერის გენების აღმოჩენა შესაძლებელია გამოყენებით ყველაზე ზუსტი მეთოდები: PCR-MMK და MS-PCR. ეს ნიშნავს რევოლუციას მედიცინაში.

მეცნიერები იდენტიფიცირებენ მარკერის გენებს და მარკერის ცილებს, რომლებიც იწვევენ კონკრეტულ დაავადებას, მათ შორის კიბოს უჯრედის წარმოქმნას. მაშინ შესაძლებელი იქნება განვითარება ადრეული დიაგნოზინებისმიერი დაავადება მინიმალური ნაკრებით: მარკერის გენები და მარკერის ცილები. ისინი დაემატება და დაიხვეწება ახალი ცოდნის მიღებისას. ეს იქნება დაავადების გენი და ცილოვანი „პროფილები“ ​​და რომელიც გადაეცემა ბიოჩიპებს.

პირის ტესტირებას კონკრეტული დაავადების მარკერებზე დნმ-ის ჩიპით და ცილის ჩიპით აქვს რამდენიმე უპირატესობა.

ნეგატიური შედეგი სიხარულს მოუტანს ადამიანს და შეუძლია იხსნას იგი სტანდარტული მეთოდებით გამოკვლევისგან: ულტრაბგერითი პროცედურა, რენტგენოგრაფია და ა.შ.

დადებითი შედეგი მისცემს ადამიანს შესაძლებლობას, ასევე დროს, გადადგას ნაბიჯები დაავადების რისკის შესამცირებლად, ან დაავადების დაწყებისთანავე დაიწყოს შესაბამისი მკურნალობა.

კიბოს ადრეულ დიაგნოზს განსაკუთრებული მნიშვნელობა აქვს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ, პირველ რიგში, კიბოს გამომწვევი არის კიბოს უჯრედი და ის არის მისი მასპინძელი ორგანიზმის უჯრედიდან, და მეორეც, ბოლო დრომდე არ იყო ცნობილი აბსოლუტური განსხვავებები კიბოს უჯრედსა და ნორმალურს შორის. უჯრედი.

აქამდე მიჩნეულია, რომ კიბოს უჯრედების თითოეული ტიპი ხასიათდება „თავისი“ გენებითა და ცილებით. მაგრამ გენომი თითოეული ტიპის უჯრედში იგივეა. თუ მივიღებთ იმას, რომ კიბოს უჯრედი არის "საკუთარი" თითოეული ტიპის უჯრედიდან, მაშინ რატომ არის ნებისმიერი ტიპის კიბოს უჯრედის თვისებები ერთნაირი?

უჯრედის ტიპი იქმნება ზოგიერთი გენის რეპრესიით მეთილაციის გამო და სხვა გენების ექსპრესიით მათი პრომოტორის დემეთილაციით.

ახლა ასევე დადასტურდა, რომ ნებისმიერი ტიპის უჯრედი ხდება სიმსივნური მასში ნაყოფის ცილის გენების დეპრესიის გამო. ანუ, უჯრედის ტიპის ფორმირება და კიბოს უჯრედის გაჩენა ნორმალური უჯრედიდან არის დამოუკიდებელი მეგობარიპროცესები ერთმანეთისგან. ამ ორი ფაქტიდან შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ უნდა არსებობდეს საერთო მარკერის გენები და მათი პროდუქტი – ცილები ნებისმიერი ტიპის კიბოს ღეროვანი უჯრედისთვის.

საერთო გენები და მათი პროდუქტები - ცილები შეიძლება იყოს: გენი და მისი ფერმენტი - ტელომერაზა, გენი და ცილა კოდის აღნიშვნით "5T4", ოქტ-4 გენი და ოქტ-4 ცილა, ნანოგ გენი და ცილა, mts 1 გენი და Mts 1 ცილა, ოსტეოპონტინის გენი და ცილა და ა.შ.

თუ დადასტურდება, ეს იქნება ნამდვილი მიღწევა კიბოს მრავალი, თუ არა ყველა პრობლემის გადაჭრაში:

ნებისმიერი ტიპის კიბოს ღეროვანი უჯრედის ადრეული და ზუსტი დიაგნოსტიკა საერთო მარკერის გენისა და მისი პროდუქტის, მარკერის პროტეინის საფუძველზე;

უნივერსალური მედიკამენტები და საშუალებები, მათ შორის ვაქცინა კიბოს ღეროვანი უჯრედისა და მისი მეტასტაზების წინააღმდეგ.