Ученые из Массачусетской больницы общего профиля при Brigham разработали революционный диагностический инструмент, который использует принцип естественной биолюминесценции — способности некоторых организмов светиться за счет внутренней химической реакции. Новый сенсор, получивший название LUCAS (Luminescence CAscade-based Sensor), оказался в 515 раз ярче и в восемь раз дольше сохраняет свечение по сравнению с существующими аналогами.
Как это работает
В основе технологии лежит взаимодействие молекулы люциферина с ферментом люциферазой — именно так светятся, например, светлячки. Однако традиционные попытки воспроизвести это свечение сталкивались с проблемой его недолговечности.
Разработчики LUCAS добавили к реакции еще один фермент — бета-галактозидазу. Этот компонент связывается с люциферином и регулирует его светоизлучающие свойства, обеспечивая стабильное и длительное свечение. В результате сенсор сохраняет до 96% яркости даже спустя час после начала реакции, что значительно превышает возможности предыдущих решений.
Зачем это нужно
LUCAS открывает новые возможности в диагностике вирусных инфекций. Благодаря яркому и устойчивому свечению, устройство способно обнаруживать трудноуловимые вирусные частицы даже в сложных биологических жидкостях. Как отметил один из авторов исследования, Хади Шафии, обнаружить вирус в крови — это как «найти кубик льда в олимпийском бассейне, наполненном желе, с завязанными глазами».
Инструмент успешно прошел тестирование на 177 образцах пациентов и 130 образцах сыворотки крови, зараженных различными вирусами, включая SARS-CoV-2, ВИЧ, гепатиты B и C. В среднем LUCAS обеспечивал точность диагностики выше 94% и справлялся с задачей всего за 23 минуты.
Ученые планируют расширить применение LUCAS для работы с другими биологическими жидкостями и надеются научить сенсор выявлять сразу несколько вирусов в одном образце. Кроме того, технология может быть адаптирована для поиска других биомаркеров, например, связанных с болезнью Альцгеймера. Устройство компактно, удобно в использовании и может стать шагом к более доступной и персонализированной медицине будущего.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering.
