Новый биомолекулярный компьютер сможет обнаружить симптомы заболеваний

В будущем, нано-размерные биомолекулярные компьютеры, внедренные в человеческое тело, смогут в абсолютно автономном режиме произвести поиск множественных симптомов заболеваний, произвести диагностику заболевания и высвободить строгое количество соответствующих лекарственных препаратов. И хотя до реализации подобного сценария потребуются как минимум несколько десятилетий, прямо сейчас исследователи достигли более-менее значительных успехов в разработке примитивных типов вышеупомянутых биомолекулярных компьютеров.

В своем исследовании, результаты которого были изданы в последнем выпуске журнала Nano Letters, профессор информатики Эхуд Шапиро (Ehud Shapiro) и его коллеги из научного института Вайцмана, Израиль, разработали биомолекулярный компьютер, способный одновременно произвести тесты множества различных молекул. В будущем, такая способность может быть объединена с биомедицинской базой данных, что позволит этим биокомпьютерам диагностировать заболевания, даже зарождающиеся в глубинах человеческого организма, и принять решение о количестве и виде лекарственного препарата, который необходимо высвободить для лечения обнаруженной болезни.

В основе нового биокомпьютера лежат более ранние разработки ученых - еще более простых биокомпьютеров, способных к обнаружению всего одного признака конкретного заболевания. Наборы таких биокомпьютеров, настроенных на различные симптомы, уже могут позволить диагностировать некоторые заболевания. Первые биокомпьютеры на своем выходе имеют всего лишь один бит результата - "Да" или "Нет", в зависимости от наличия симптома, на который они запрограммированы, новые биокомпьютеры так же имеет подобный однобитный ответ, но его значение зависит от наличия совокупности симптомов, выражающихся в наличии или отсутствии органических молекул mRNA, miRNA, белков, ферментов и маленьких молекул, таких как ATP. Отсутствие всего лишь одного симптома из нескольких приведет к выдаче отрицательного результата.

Исследователи объясняют, что комбинация нескольких симптомов заболевания дает гораздо больше полезной информации, чем отдельное обнаружение различных симптомов, это может обеспечить большую чувствительность биомолекулярного компьютера к различию протекания заболеваний, которые зависят от индивидуальных особенностей организма человека. К примеру, в случае рака щитовидной железы, присутствие белков тиреоглобулина (thyroglobulin) и гормонального кальцитонина (hormone calcitonin) позволит сделать более точную диагностику заболевания, чем по каждому из этих признаков в отдельности.

Хотя разработка способности обнаруживать множественные симптомы заболеваний является важным шагом к биомолекулярным компьютерам и программируемым лекарственным препаратам, есть еще множество препятствий и проблем, которые должны преодолеть исследователи. "Самая большая проблема управления такими устройствами внутри живого организма заключается в жидком окружении, кровотоке или цитоплазме клетки" - рассказывают исследователи. - "Поэтому в настоящее время мы разрабатываем устройства, которые будут основаны на простейшей конструкции, на которую не будут влиять никакие посторонние ферменты и другие активные вещества, вырабатываемые клетками организма".