Глава 2. Атомы, молекулы и ионы (Atoms, Molecules, and Ions)¶
Заболевания и злокачественные опухоли лёгких — одни из самых разрушительных болезней в мире, отчасти из-за позднего выявления и постановки диагноза. Большинство неинвазивных скрининговых процедур недостаточно надёжны, а более точные методы пациенты нередко отвергают из-за дискомфорта или потенциальной опасности, связанной с такими процедурами. Но что, если поставить точный диагноз можно было бы по простому анализу выдыхаемого воздуха?
Раннее обнаружение биомаркеров — веществ, отражающих болезнь или физиологическое состояние организма, — позволило бы ставить диагноз и начинать лечение до того, как состояние станет тяжёлым или необратимым. Недавние исследования показали, что в выдыхаемом воздухе могут присутствовать молекулы-биомаркеры недавнего воздействия загрязнителей окружающей среды или таких патологических состояний, как астма и рак лёгких. Учёные работают над созданием биомаркерных «отпечатков», которые позволили бы диагностировать конкретное заболевание по количеству и типу определённых молекул в выдыхаемом воздухе пациента. В лаборатории Сангиты Бхатии (Sangeeta Bhatia) в Массачусетском технологическом институте группа исследователей применила вещества, специфически реагирующие в поражённой лёгочной ткани; продукты этих реакций служат биомаркерами, которые можно идентифицировать методом масс-спектрометрии (аналитический метод, о котором речь пойдёт далее в главе). Возможное применение состоит в том, чтобы пациенты с ранними симптомами вдыхали или принимали внутрь вещество-«сенсор», а через несколько минут выдыхали в детектор для постановки диагноза. Похожие исследования, в том числе работы Лауры Лопес-Санчес (Laura López-Sánchez), направлены на диагностику рака лёгких. В основе этой задачи лежит понятие идентичности молекулы, которая определяется числом и типом входящих в неё атомов, а также характером связей между ними. В этой главе рассматриваются основополагающие химические принципы, относящиеся к составу вещества, включая центральные для понятия молекулярной идентичности.