Banebrydende forskning fører til påvisning af den mindste viruspartikel, konsekvenser for tidlig behandling af sygdom

Vasily Kolchenko, lektor i biologiske videnskaber ved New York City College of Technology (City Tech), er en nøglespiller i et forskerhold, der for nylig fik et gennembrud med enorm potentiel betydning for behandlingen af ​​alvorlige sygdomme.

Deres arbejde har gjort det muligt, for første gang, at detektere den mindste viruspartikel. Da selv en viral partikel kan repræsentere en dødelig trussel, forskningen vil sandsynligvis yde et vigtigt bidrag til den igangværende forskning i tidlig påvisning af sygdomme som AIDS og kræft.

Indtil forskerholdet annoncerede deres opdagelse i år i Anvendt fysik bogstaver (27. juli, 2012), intet instrument eller metodologi havde haft succes med pålideligt og præcist at detektere en enkelt viruspartikel, som er i størrelsesområdet for en nanopartikel. (omkring 80, 000 nanopartikler side om side ville have samme bredde som et menneskehår.)

Forskningen vil potentielt have en enorm indvirkning på den brede offentlighed, hjælper med at opdage sygdom på det tidligste stadie, når færre patogener er til stede, og medicinsk intervention kan være mest effektiv. Denne nye tilgang har også mulige anvendelser til identifikation af adskillige molekyler, især proteiner, som er vigtige for forskning i lægemiddeludvikling, både som mål og behandlinger.

Mens forskere længe har brugt mikroskoper til at se objekter så små som bakterier, vira er meget mindre. Selv de mest følsomme elektronmikroskoper, som er besværlige, dyrt og vanskeligt at betjene, kan ikke garantere påvisning af disse små partikler.

Holdets gennembrud involverede at tilføje en nano-antenne til den lysfølende enhed for at forbedre signalet. "Ideen om, at lys kan 'fornemme' tilstedeværelsen af ​​nanopartikler og reagere på deres ankomst var banebrydende, " siger Dr. Kolchenko.

"Da alle de dødeligste vira og mest interessante biologiske molekyler - proteiner og DNA - tilhører nano-verdenen, vores forskning viste sig virkelig innovativ, og dets løfte er næsten ubegrænset med hensyn til at opdage stort set alt af interesse inden for biovidenskab, " tilføjer han.

Dr. Kolchenko, som har en lægeuddannelse, en doktorgrad i fysiologi og en kandidatgrad i matematik fra Kiev Universitet, givet en unik kombination af ekspertise inden for bioinformatik, matematik og medicin, der var en integreret del af projektets succes med at isolere den mindste individuelle RNA-virus, MS2.

"Jeg blev først interesseret i at forfølge forskning i at bruge lys til påvisning og måling af de mindste biologiske og ikke-levende objekter, da jeg hørte en tale om biosensorer, som professor Stephen Arnold fra Polytechnic/NYU holdt på City Tech, " siger Dr. Kolchenko, der underviser i biologi på City Tech og bioinformatik på Polyteknisk Læreanstalt.

Det toårige forskningsprojekt, finansieret for $400, 000 af National Science Foundation, er blevet udført på Polytechnic/NYU's Micro-Particle Laboratory for BioPhotonics, under ledelse af Dr. Stephen Arnold, i samarbejde med fysikafdelingerne på Fordham University og Hunter College, og den biologiske videnskabsafdeling af City Tech. Polytechnic/NYU har ansøgt om et brugspatent for holdets banebrydende innovation.

Forud for det seneste NSF-projekt, ti års laboratorieforskning udført af Dr. Kolchenko og hans kolleger resulterede i udviklingen af ​​en enkel, lavpris design for mere følsomme, miniatureenheder, der kunne detektere og måle vira, proteiner og DNA i realtid. Fra 2005 til 2008, holdet udgav papirer, der detaljerede dets fremskridt i så prestigefyldte tidsskrifter som Anvendt fysik bogstaver , Faraday Diskussioner og Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Et af de ultimative mål er at udvikle bærbare, billig, let at bruge og meget følsomme enheder til sundheds- og forskningsmiljøer, " siger Dr. Kolchenko. "Denne forskning åbner døren for meget følsom påvisning og måling af biologiske og andre nanopartikler, der er essentielle i molekylærbiologi, klinisk medicin og diagnostik, epidemiologi, økologi, nanoteknologi og andre områder."

Yderligere forskning er planlagt, ifølge Dr. Kolchenko. "Da enkelte proteinmolekyler er meget mindre end virale partikler, deres påvisning vil være den ultimative test af metoden, " siger han. "Vi håber efter noget yderligere forskning og udvikling, vores metode vil også tillade detektion af enkelt protein."

Sådan forskning kunne muliggøre tidligere screening af kræftmarkører, som er proteinmolekyler, der produceres, når kræft vokser. I øjeblikket, der er adskillige markører, der potentielt kunne detekteres af den nye biosensor; tidlig påvisning af disse markører kan gøre det muligt for behandlingen at begynde hurtigere, at øge overlevelsesraten for kræft.

siger Dr. Kolchenko, "Vi har blot ridset overfladen af, hvad der sandsynligvis vil være muligt."