Биочип (биологический микрочип, биологический чип)
Биочип (биологический микрочип, биологический чип) (от английского слова - Biochip) – данное понятие включает в себя несколько моментов:
- матрица с нанесенными молекулами белков или нуклеиновых кислот для одновременного проведения большого количества анализов в одном образце;
- электронное устройство, содержащее биологические молекулы;
- миниатюрный датчик, способный выявить исчезающие малые концентрации белков, гормонов, ДНК или РНК.
Биочип составляет крошечную пластинку - платформу, на которую можно нанести до нескольких тысяч микротестов. Чаще используют стеклянные или пластиковые платформы, на которые наносят биологические макромолекулы (ДНК, белки, ферменты), способные избирательно связывать вещества, содержащиеся в анализируемом растворе. В зависимости от природы молекул выделяют виды биологических микрочипов, ориентированные на различные цели. Основная доля современных биочипов приходится на ДНК-чипы (94%) и белковые чипы (6%). Устройство позволяет за короткое время определить несколько тысяч аллергенов, онкогенов, различных биологически активных веществ и даже генетические дефекты.
В наше время для производства биологических микрочипов используется сложное оборудование и нанотехнологии, что позволяет «пришивать» лазерным излучением анализаторы прямо к гелевой подложке, принцип действия которых основан на методе одномолекулярной масс-спектрометрии (проведение исследований на отдельных молекулах). На сегодня созданы биочипы на основе наноструктур (полевого кремний-алюминиевых нанотранзисторов, содержащий одностенные нанотрубки) на основе графена и наночастиц платины; сенсоры на основе нанозондов, которые присоединены к полимерным векторам, и имеют строение и функции вирусов (предназначены для проникновения в клетки человеческого организма и анализа клеток) сенсоры, составляют нанотрубки, покрытые ДНК; биологические чипы на ДНК-основе, с использованием технологии нанопечатания и супрамолекулярного нанопечатания (в основе действия которых лежит существующая в природе технология копирования ДНК и РНК).
Биологические микрочипы широко используют в in vitro-диагностике. В основе механизма действия таких биочипов является молекулярное распознавание молекул, которые взаимодействуют с биополимерами, нанесенными на чип.
Так, биочипы используют для диагностики туберкулеза, клещевых инфекций, лейкемии, СПИДа, онкозаболеваний, а также для экспресс-диагностики вируса гриппа и стафилококковой инфекции, для раннего выявления болезни Альцгеймера, которая отличается от болезни Паркинсона.
Биологические микрочипы идентифицируют за считанные минуты соединения различной химической природы от белков, витаминов, вирусов, ДНК в живых клеток в биологическом материале, позволяет проводить диагностику заболеваний на ранних стадиях. ДНК-диагностика помогает проявлять определенную последовательность ДНК, расшифровывать генетическую информацию, определять функции всех белков организма, выявлять гены, несущие мутацию, а также дает возможность определять генетическую предрасположенность человека к раку, диабету, наркомании и т.д., выявлять хромосомные нарушения.
Современные биочипы способны детектировать даже одну химическое соединение или вирусную частицу. Некоторые биологические микрочипы на основе наноструктур за 1 минуту могут определять содержание в 1 мм 3 жидкости до 1000 отдельных молекул нужного вещества, при этом нет необходимости маркировать растворы радиоактивными или флуоресцентными метками.
Существуют биологические микрочипы для измерения уровня глюкозы путем быстрого и сверхчувствительного анализа образцов слюны, мочи или слез. Биочипы на базе биосенсоров с флуоресцентной краской пригодны для использования в полевых условиях с целью выявления даже незначительной концентрации сальмонеллы в пищевых продуктах за короткое время. Биологические чипы обеспечивают выявление молекулярного взаимодействия между белками вирусов (ВИЧ, гепатита и др.) и белками, которые синтезируются клетками человеческого организма, который подвергается инфекции - это важно при разработке новых методов борьбы с вирусами.
Биочипы используют в криминалистике (для экспресс-ДНК-дактилоскопии за пределами лаборатории, также определяют цвет глаз с точностью 94%). Особую группу составляют иммунологические биочипы (ИБ), которые используют для создания диагностических тест-систем с целью определения иммунофенотипа для диагностики заболеваний, связанных с нарушением клеточного звена иммунитета. Иммунологические биочипы (ИБ) предназначены для использования в гематологии (для исследования клеток опухолей лимфатической системы и клеток миелоидных опухолей, позволяет определить не просто наличие заболевания, но и его тип).
Особое место занимают биологические микрочипы для имплантации, внутриклеточные и биочипы для диагностики методом in vivo. Нанобиочипы можно использовать для имплантации пациентам с хроническими заболеваниями, для ранней диагностики злокачественных опухолей и опасных вирусных заболеваний. Биологические чипы используют также для разработки наномедицинских обезболивающих систем, которые содержатся в организме, реагируют на боль и высвобождают дозу лекарственного вещества. Сенсор из нанотрубок, встроенных в структуру ДНК, способный обнаруживать в живой клетке лекарства, токсины, свободные радикалы и используется для мониторинга обеспечения клетки лекарственным веществом. Существуют сенсоры на основе биочипов, позволяющие отследить наличие и измерить содержание липидов в живой клетке или уровень рН клетки.
Итак, технология биологических чипов, заменяют целые иммунологические лаборатории, дает возможность на несколько порядков повысить производительность большинства диагностических методов и значительно снизить себестоимость анализов их использование делает анализ более быстрым, точным и качественным.
Статья посвящена биочипам (синонимы – биологический чип, биологический микрочип).
^Наверх