Ученые Пермского Политеха впервые в мире создали компьютерную модель, которая точно описывает поведение молекул ДНК и РНК в системах конвективной ПЦР — перспективного метода быстрой диагностики инфекций. Разработка позволит повысить надежность портативных ПЦР-устройств и ускорить анализ биоматериала до 15–20 минут. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) считается «золотым стандартом» диагностики инфекций, генетических заболеваний и родства, однако классический анализ может занимать от нескольких часов до суток. В последние годы для экспресс-диагностики разрабатываются компактные системы конвективной ПЦР, где копирование ДНК происходит в микрокамере за счет естественной циркуляции жидкости между горячей и холодной зонами. Такие чипы способны выдавать результат за 30–40 минут, но пока нередко дают сбои.
Как показали исследователи, ключевая проблема заключается в неточности расчетных моделей. В большинстве из них раствор ДНК считается однородным, тогда как в реальности молекулы представляют собой длинные нити, которые способны перемещаться независимо от потока жидкости. В частности, они мигрируют от горячих зон к холодным — этот эффект называется термофорезом.
«Мы впервые стали рассматривать молекулы ДНК как самостоятельные микрочастицы. Это позволило учесть термофорез — ранее игнорируемый фактор, который существенно влияет на работу микрочипа», — рассказал доцент кафедры прикладной физики ПНИПУ Рамиль Сираев.
Моделирование показало, что накопление молекул у холодных стенок камеры уже через 10 минут может замедлять циркуляцию жидкости вдвое, нарушая температурный режим и приводя к ложноотрицательным результатам. Новая модель позволила не только выявить эту причину, но и наглядно визуализировать проблемные зоны внутри чипа.
«Старая схема показывала идеальную циркуляцию, которая не объясняла ошибок. Новая модель точно воспроизвела сбои, наблюдаемые в реальных устройствах», — отметил заведующий кафедрой прикладной физики ПНИПУ Дмитрий Брацун.
По словам ученых, полученные результаты дадут возможность заранее оптимизировать форму микрокамер и распределение нагрева, чтобы избежать искажения температурных режимов. Это открывает путь к созданию более быстрых и надежных ПЦР-систем, пригодных для использования не только в лабораториях, но и в полевых условиях — от сельских медпунктов до мобильных госпиталей.
Ранее в России начали разрабатывать первый клеточный препарат против запущенных форм рака.
