Чудеса графена многочисленны – на его основе можно создавать гибкие электронные компоненты, повышать емкость солнечных элементов, фильтровать лучшие субатомные частицы и переворачивать батареи. Теперь «суперматериал» может использоваться в диагностике амиотрофического бокового склероза, или БАС – прогрессирующего нейродегенеративного заболевания, которое выявляется в основном путем исключения других неврологических расстройств. Результаты исследования опубликованы учеными из Университета Иллинойса (University of Illinois) в Чикаго в научном журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Материалы и методы обследования
Цереброспинальная жидкость была получена из Ресурсного центра головного и спинного мозга (Human Brain and Spinal Fluid Resource Center), донорами которых были умершие людей. Берри с соавторами исследования протестировали спинномозговую жидкость 7 человек без нейродегенеративных заболеваний, 13 человек с БАС, 3 человек с рассеянным склерозом (РС) и 3 человек с неизвестным нейродегенеративным заболеванием.
Результаты научной работы
Когда цереброспинальная жидкость от пациентов с БАС была добавлена к графену, она произвела отчетливое и различимое изменение вибрационных характеристик графена по сравнению с цереброспинальной жидкостью пациентов с рассеянным склерозом или без нейродегенеративного заболевания. Эти четкие изменения точно предсказали, из какого пациента была извлечена жидкость – с БА, РС или без нейродегенеративного заболевания.
Графен – это материал с одним атомом, состоящий из углерода. Каждый атом углерода связан с соседними атомами углерода химическими связями. Эластичность этих связей создает резонансные колебания, также известные как фононы, которые могут быть очень точно измерены. Когда молекула взаимодействует с графеном, она меняет эти резонансные колебания очень специфически и количественно.
«Графен – всего один атом, поэтому молекула на его поверхности может привести к определенному изменению фононной энергии графена, которое мы можем измерить», – сказал автор исследования Викас Берри (Vikas Berry), сотрудник кафедры химического машиностроения в Университете Иллинойса.
Изменения в колебательных характеристиках графена зависят от уникальных электронных характеристик добавленной молекулы, известной как ее «дипольный момент».
«Мы можем определить дипольный момент молекулы, добавленной в графен, путем измерения вызванных молекулой изменений в энергии фононов графена», – пояснил Берри.
Берри с соавторами исследования использовали графен для обнаружения у пациентов нейродегенеративных расстройств, таких как БАС или РС, используя для диагностики цереброспинальную жидкость. Поскольку нет точной диагностики БАС, объективный диагностический тест поможет пациентам начать получать лечение раньше, чтобы замедлить болезнь.
«Мы видели уникальные и отчетливые изменения в энергии фононов графена в зависимости от того, была ли спинномозговая жидкость у больного с БАС, РС или у кого-то без нейродегенеративного заболевания», – сказал Берри. «Когда мы проводили анализ спинномозговой жидкости, мы также смогли определить, принадлежала ли она пациентам с БАС старше 55 лет или моложе 55 лет. Мы считаем, что разница между пожилыми и более молодыми пациентами с БАС, которая обычно вызывает симптомы до 55 лет, обусловлена уникальными биохимическими сигнатурами, которые коррелируются с унаследованным БАС».
Берри считает, что графен выявляет уникальные биосигналы – комбинации белков и других биомолекул – присутствующих в спинномозговой жидкости людей с различными заболеваниями.
«Электронные свойства графена были широко изучены, но только недавно мы начали изучать его фононные свойства как способ выявления заболеваний», – сказал Берри. «И получается, что графен – чрезвычайно универсальный и точный детектор биосигналов болезней, обнаруженных как в цереброспинальной жидкости, так и в клетках организма в целом».
Авторы другого исследования утверждают, что покрытие графеном катетеров может повысить эффективность химиотерапии.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
