Ожидается, что это позволит выявить признаки заболеваний до появления у пациента  физических симптомов, когда шансы на успешный исход лечения наиболее высоки. IBM занимается разработкой новой технологии совместно со Школой медицины Икан на горе Синай и планирует протестировать ее при диагностике рака простаты, самого распространенного онкологического заболевания среди мужчин в США.

Используя технологию наноразмерного детерминированного бокового смещения (nano-DLD), ученые IBM Джошуа Смит и Бенджамин Вунш разработали «лабораторию на чипе», которая пропускает образец жидкости через кремниевый чип, содержащий асимметричный массив стержней. Эти стержни сортируют микроскопические потоки наночастиц, задерживая объекты размером до десятков нанометров. Созданный чип имеет размер 2x2 см, однако ученые планируют увеличить плотность, тем самым повысив функциональность и производительность новой технологии.

Набор стержней nano-DLD фильтрует поток частиц, пропуская через отверстия мельчайшие объекты и задерживая более крупные, но при этом не останавливает общий поток. Кроме того, фильтры nano-DLD могут также распределять массив частиц разных размеров на отдельные потоки, подобно тому, как призма разделяет свет на разные цвета.

Как сообщает журнал Nature Nanotechnology, ученым удалось отфильтровать биочастицы размером до 20 нанометров (нм) в диаметре, включая ДНК, вирусы и экзосомы. До сих пор похожие технологии могли улавливать только объекты в 50 раз крупнее, например, отделять циркулирующие опухолевые клетки от остальных биологических компонентов.

При разработке «лаборатории на чипе» ученые ориентировались на экзосомы, поскольку существующие системы не могут отфильтровать эти микрочастицы из жидких биопсий. Экзосомы, размер которых варьируется от 20 до 140 нм, содержатся в легкодоступных жидкостях организма, например, в крови, слюне и моче, и рассматриваются как полезные биомаркеры при диагностике и прогнозировании злокачественных опухолей. Их можно использовать при неинвазивной жидкой биопсии, изучая причины возникновения и характер рака, так как они содержат информацию о жизнеспособности той клетки, из которой они были извлечены.

Эксперименты показали, что можно обнаруживать частицы размером до 20 нм, что экзосомы размером от 100 нм можно отделить от более мелких экзосом, и что это отделение может происходить несмотря на диффузию, характерную для динамики частиц при таком маленьком масштабе.
Совместно со Школой медицины Икан на горе Синай IBM планирует доказать, что новая технология способна извлекать из жидких биопсий пациента экзосомы, содержащие специфические биомаркеры рака. Медики надеются считывать информацию, содержащуюся в экзосомах и служащую для межклеточного взаимодействия, что поможет прояснить важные вопросы биологии заболеваний и откроет путь к применению неинвазивных инструментов диагностики доступных даже в домашних условиях. Регулярный мониторинг межклеточных процессов позволит следить за индивидуальным состоянием здоровья пациента или развитием заболевания.

В ближайшем будущем ученые собираются расширить число биочастиц, которые могут быть отфильтрованы с помощью технологии,  улучшить точность и специфические характеристики чипа для применения в практической медицине. В дальнейшем планируется создать единый кремниевый чип, куда будут встроены все необходимые инструменты для анализа заболевания. Он сможет заменить полноценную биохимическую лабораторию.