Физики раньше медиков могут обнаружить рак
Москва, 12 октября, 2016, 05:54 — ИА Регнум. Техника поверхностной колебательной спектроскопии молекул, или SERS (surface enhanced Raman spectroscopy), открытая физиками, может прийти на помощь медицине. В частности, при диагностике рака и распознавании инфекций — вирусов, бактерий и пр.
Не так много стран — Великобритания, Дания, США и Россия активно работают в области изучения и использования этой технологии. Ее основой является так называемая спектроскопия комбинационного рассеяния света — один из мощнейших методов извлечения обширной информации о строении молекул, рассказал на президиуме РАН 11 октября академик Андрей Лагарьков, глава Института теоретической и прикладной электродинамики РАН.
SERS позволяет исследовать химическую структуру и состав сложных химических систем, таких, например, как биологические материалы. Скажем, используя эту методику, можно точно отличить инсулин человеческий от искусственного. Можно и многое другое — безошибочно установить, какого типа раковые клетки «мешают» нормальной работе организма и к какому конкретно типу рака могут привести.
«Квант света с некоторой частотой падает на молекулу, дальше рассеивается, может рассеиваться с увеличением частоты или ее уменьшением, — пояснил академик Лагарьков. — Это приблизительно то же, что отпечатки пальцев у человека. Именно это обстоятельство сделало его (SERS) мощным средством исследования молекул».
Явление «гигантского комбинационного рассеяния» было открыто в 70-е годы прошлого века. Но лишь теперь начинает активно изучаться и использоваться. Проблема в том, что долгое время трудно было проводить эксперименты с комбинационным рассеянием света, так как это явление значительно «слабее» чем, например, флюоресценция, его трудно обнаружить. Однако это можно сделать с помощью определенных подложек — поверхностей с некоторыми свойствами, усиливающими сигнал. В настоящее время появился рынок SERS-подложек. Россия в этой области не только не отстает, но и опережает.
«Оказывается, что мощные резонации (усиление сигнала) можно создать не только в благородных металлах — а именно такие подложки в основном и используются в технологии SERS — но и возбудить в диэлектриках, мы это первыми в мире сделали, — подчеркнул академик. — Одна из таких оригинальных подложек сделана на основе двуокиси церия (CeO2). Эта диэлектрическая структура на два порядка увеличивает сигнал комбинационного рассеяния, а если нанести на острие золотые частицы, то сигнал может быть увеличен в 10 в восьмой степени раз».
По словам ученого, использование различных типов подложек открывает широкие возможности для применения SERS в различных областях. В частности, полученные наноструктурированные подложки на основе серебра позволяют определять и идентифицировать вирусные и бактериальные частицы вплоть до специфической регистрации отдельных микробиологических объектов.
«Полученные результаты показывают целесообразность применения методов на основе гигантского комбинационного рассеяния для регистрации широкого спектра белков-маркеров различных патологических состояний, мониторинга уровня экологических загрязнений и качества продуктов питания», — отметил докладчик.
Предложенные методы обнаружения различных патологий, в том числе онкологических заболеваний, существенно дешевле, нежели существовавшие ранее. Например, для диагностики рака легких, который обычно уносит немало жизней, так как обнаруживается лишь на поздних стадиях, существовал метод жидкостной хроматографии, сопряженный с масс-спектрометрией — исследованием вещества, основанным на определении отношения массы к заряду ионов, образующихся при ионизации представляющих интерес компонентов пробы. Этот процесс невозможно было внедрить в клиническую практику из-за дороговизны и большой сложности. То, что предлагает SERS, — доступно по цене, исполнению и качеству анализа.