Vasili Kolchenko, universitair hoofddocent biologische wetenschappen aan het New York City College of Technology (City Tech), is een belangrijke speler in een onderzoeksteam dat onlangs een doorbraak heeft gemaakt met een enorm potentieel belang voor de behandeling van ernstige ziekten.

Hun werk heeft het mogelijk gemaakt, Voor de eerste keer, om het kleinste virusdeeltje te detecteren. Aangezien zelfs één viraal deeltje een dodelijke bedreiging kan vormen, het onderzoek zal waarschijnlijk een belangrijke bijdrage leveren aan het lopende onderzoek naar vroege opsporing van ziekten als aids en kanker.

Totdat het onderzoeksteam hun ontdekking dit jaar aankondigde in Technische Natuurkunde Brieven (27 juli, 2012), geen enkel instrument of methodologie was erin geslaagd om een ​​enkel virusdeeltje betrouwbaar en nauwkeurig te detecteren, die in het groottebereik van een nanodeeltje ligt. (Ongeveer 80, 000 nanodeeltjes naast elkaar zouden dezelfde breedte hebben als een mensenhaar.)

Het onderzoek zal mogelijk een enorme impact hebben op het grote publiek, helpen bij het opsporen van ziekten in een vroeg stadium wanneer er minder ziekteverwekkers aanwezig zijn en medische interventie het meest effectief kan zijn. Deze nieuwe benadering heeft ook mogelijke toepassingen bij de identificatie van talrijke moleculen, vooral eiwitten, die belangrijk zijn voor onderzoek naar geneesmiddelenontwikkeling, zowel als de doelen en de behandelingen.

Hoewel wetenschappers al lang microscopen gebruiken om objecten zo klein als bacteriën te bekijken, virussen zijn veel kleiner. Zelfs de meest gevoelige elektronenmicroscopen, die omslachtig zijn, duur en moeilijk te bedienen, kan de detectie van deze kleine deeltjes niet garanderen.

De doorbraak van het team omvatte het toevoegen van een nano-antenne aan het lichtgevoelige apparaat om het signaal te verbeteren. "Het idee dat licht de aanwezigheid van nanodeeltjes kan 'voelen' en kan reageren op hun aankomst was baanbrekend, " zegt Dr. Kolchenko.

"Aangezien alle dodelijkste virussen en meest interessante biologische moleculen - eiwitten en DNA - tot de nanowereld behoren, ons onderzoek bleek echt innovatief, en zijn belofte is bijna onbeperkt in termen van het detecteren van vrijwel alles wat van belang is in life sciences, " hij voegt toe.

Dr. Kolchenko, die een medische graad heeft, een doctoraat in de fysiologie en een master in wiskunde aan de Universiteit van Kiev, een unieke combinatie van expertise in bioinformatica, wiskunde en geneeskunde die een integraal onderdeel waren van het succes van het project bij het isoleren van het kleinste individuele RNA-virus, MS2.

"Ik raakte voor het eerst geïnteresseerd in onderzoek naar het gebruik van licht voor de detectie en meting van de kleinste biologische en niet-levende objecten toen ik een lezing hoorde over biosensoren die professor Stephen Arnold van Polytechnic/NYU gaf bij City Tech, " zegt dr. Kolchenko, die biologie doceert aan City Tech en bioinformatica aan Polytechnic.

Het tweejarige onderzoeksproject, gefinancierd voor $ 400, 000 door de National Science Foundation, is uitgevoerd bij Polytechnic/NYU's Micro-Particle Laboratory for BioPhotonics, onder leiding van Dr. Stephen Arnold, in samenwerking met de natuurkundeafdelingen van Fordham University en Hunter College, en de afdeling biologische wetenschappen van City Tech. Polytechnic/NYU heeft een gebruiksoctrooi aangevraagd voor de baanbrekende innovatie van het team.

Voorafgaand aan het laatste NSF-project, tien jaar laboratoriumonderzoek door Dr. Kolchenko en zijn collega's resulteerde in de ontwikkeling van een eenvoudige, goedkoop ontwerp voor meer gevoelige, miniatuurapparaten die virussen kunnen detecteren en meten, eiwitten en DNA in realtime. Van 2005 tot 2008 het team publiceerde artikelen over de voortgang in prestigieuze tijdschriften als: Technische Natuurkunde Brieven , Faraday-discussies en Proceedings van de National Academy of Sciences.

"Een van de uiteindelijke doelen is het ontwikkelen van draagbare, goedkoop, gebruiksvriendelijke en zeer gevoelige apparaten voor zorg- en onderzoeksomgevingen, " zegt Dr. Kolchenko. "Dit onderzoek opent de deur voor zeer gevoelige detectie en meting van biologische en andere nanodeeltjes die essentieel zijn in de moleculaire biologie, klinische geneeskunde en diagnostiek, epidemiologie, ecologie, nanotechnologie en andere gebieden."

Verder onderzoek is gepland, volgens Dr. Kolchenko. "Aangezien enkele eiwitmoleculen veel kleiner zijn dan virale deeltjes, hun detectie zal de ultieme test van de methode zijn, "zegt hij. "We hopen na wat aanvullend onderzoek en ontwikkeling, onze methode zal ook de detectie van enkelvoudige eiwitten mogelijk maken."

Dergelijk onderzoek zou de eerdere screening van kankermarkers mogelijk kunnen maken, dat zijn eiwitmoleculen die worden geproduceerd wanneer kanker groeit. Momenteel, er zijn verschillende markers die mogelijk kunnen worden gedetecteerd door de nieuwe biosensor; vroege detectie van deze markers kan ervoor zorgen dat de behandeling eerder kan beginnen, overlevingskansen van kanker verhogen.

zegt dr. Kolchenko, "We hebben slechts het oppervlak bekrast van wat waarschijnlijk mogelijk is."