Однажды техник в маленькой сельской больнице сможет надежно диагностировать рак молочной железы, болезнь Альцгеймера или черепно-мозговую травму, используя бумажный вкладыш, который будет менять цвет, как полоска pH, смоченная в уксусе.

Небольшой образец крови или другой жидкости – это все, что необходимо для запуска сконструированных биохимическими средствами, которые были бы достаточно чувствительны, чтобы обнаружить крошечные количества белка или ДНК, связанные с болезнью.

По словам Стефани МакКалла (Stephanie McCalla), переключатели, подобные биосенсорам, способны революционизировать вычислительную технику с использованием более эффективных цифровых транзисторов включения-выключения, что может трансформировать медицинскую диагностику и исследования.

Проектирование биосенсоров остается сложной задачей, но конечная цель «это что-то дешевое и простое, которое можно использовать в любой клинике», – сказал Маккалла, доцент кафедры химической и биологической инженерии в колледже Норма Асбьорнсона. инженерных.

Эта цель на шаг приблизилась к реальности благодаря пятилетнему гранту в размере 500 000 долларов, который Маккалла выиграл у Национального научного фонда в феврале. Грант КАРЬЕРА считается главной наградой для начинающих исследователей.

«Потенциальные воздействия огромны», – сказал Джефф Хейс, глава химического и биологического отдела. Маккалла «разрабатывает принципиально новый путь для медицинской диагностики».

В 2017 году Маккалла получил грант в размере 280 000 долларов США от медицинского исследовательского крыла армии США на разработку нового метода обнаружения крошечных количеств микроРНК, молекул, которые организм вырабатывает при борьбе с определенными заболеваниями. В прошлом году МГУ лицензировал технологию для FYR Diagnostics, биотехнологической компании в Мизуле.

Финансируемая КАРЬЕРОЙ работа будет опираться на эти успехи, сказала она. «Наша первая цель – сделать больше из этих химических систем и расширить спектр молекул, которые мы можем обнаружить». Например, новые биохимические переключатели могут быть разработаны для обнаружения уникальных белков, которые соответствуют болезни Альцгеймера.

Биосенсоры работают, создавая цепные реакции, которые усиливают химический сигнал определенных молекул выше определенных концентраций, объяснил Маккалла. Конкурирующие реакции успокаивают химический сигнал от похожих, но нецелевых молекул. Вместе реакции действуют как переключатель, производя внезапный, определенный химический сигнал, когда присутствуют определенные белки или последовательности ДНК.

Такие биохимические переключатели широко распространены в природе, в том числе и в организме человека. Например, гены выключают и включают аналогичный процесс, сказал Маккалла. «Мне всегда нравилась идея использовать те же стратегии, что и клетки».

При разработке технологии микроРНК команда МакКалла с удивлением обнаружила биохимию, подобную переключателю. Они модифицировали методику, широко используемую для выделения и анализа ДНК.

«Мы обнаружили, что есть весь этот механизм, который люди еще не исследовали», – сказала она.

Ученые использовали биохимию в качестве инструмента в исследованиях, но не поняли, как она работает. Грант КАРЬЕРА предоставляет возможность исследовать те основы, которые, по мнению Маккаллы, могут найти широкое применение в медицинской диагностике.

Хейс назвал МакКаллу «удивительным исследователем» и «отличным наставником для студентов и аспирантов». Маккалла возглавлял комитет по созданию факультета биомедицинской инженерии и совместно разработал новый курс под названием «Основы биомедицинской инженерии».