|
Вдыхаемые датчики обеспечат раннее обнаружение рака
|
|
|
|
Используя новую технологию, разработанную в Массачусетском технологическом институте, диагностировать рак легких можно будет так же просто, как вдыхать датчики наночастиц, а затем сдавать анализ мочи, который выявит наличие опухоли. Новая диагностика основана на наносенсорах, которые можно доставлять с помощью ингалятора или небулайзера. Если датчики обнаруживают в легких белки, связанные с раком, они генерируют сигнал, который накапливается в моче, где его можно обнаружить с помощью простой бумажной тест-полоски. Этот подход потенциально может заменить или дополнить нынешний золотой стандарт диагностики рака легких — низкодозную компьютерную томографию (КТ). По мнению исследователей, это может иметь особенно значительное влияние в странах с низким и средним уровнем дохода, где компьютерные томографы не имеют широкой доступности.
|
|
|
|
«Во всем мире рак будет становиться все более и более распространенным в странах с низким и средним уровнем дохода. технологии могут иметь большое влияние», — говорит Сангита Бхатия, профессор медицинских наук и технологий Джона и Дороти Уилсон, а также электротехники и информатики в Массачусетском технологическом институте, а также член Института интегративных исследований рака Массачусетского технологического института Коха и Института медицинских исследований. Инженерия и наука. Бхатия — старший автор статьи, опубликованной в журнале Science Advances. Цянь Чжун, научный сотрудник Массачусетского технологического института, и Эдвард Тан, бывший постдок Массачусетского технологического института, являются ведущими авторами исследования.
|
|
|
Чтобы помочь диагностировать рак легких как можно раньше, Целевая группа профилактических служб США рекомендует заядлым курильщикам старше 50 лет проходить ежегодное КТ. Однако не все в этой целевой группе проходят эти сканирования, а высокий уровень ложноположительных результатов сканирования может привести к ненужным инвазивным тестам. Бхатия провела последнее десятилетие, разрабатывая наносенсоры для использования в диагностике рака и других заболеваний, и в этом исследовании она и ее коллеги изучили возможность использования их в качестве более доступной альтернативы компьютерной томографии для выявления рака легких. Эти сенсоры состоят из полимерных наночастиц, покрытых репортером, например штрих-кодом ДНК, который отделяется от частицы, когда сенсор сталкивается с ферментами, называемыми протеазами, которые часто сверхактивны в опухолях. Эти репортеры в конечном итоге накапливаются в моче и выводятся из организма.
|
|
|
|
Предыдущие версии датчиков, нацеленные на другие участки рака, такие как печень и яичники, были предназначены для внутривенного введения. Для диагностики рака легких исследователи хотели создать версию, которую можно было бы вдыхать, что могло бы облегчить ее внедрение в условиях ограниченных ресурсов.
|
|
|
|
«Когда мы разрабатывали эту технологию, нашей целью было предоставить метод, который сможет обнаруживать рак с высокой специфичностью и чувствительностью, а также снизить порог доступности, чтобы, надеюсь, мы могли улучшить неравенство и неравенство в ресурсах при раннем выявлении рака легких». ", - говорит Чжун.
|
|
|
|
Для этого исследователи создали две формы своих частиц: раствор, который можно распылять и доставлять с помощью небулайзера, и сухой порошок, который можно доставлять с помощью ингалятора.
|
|
|
|
Как только частицы достигают легких, они всасываются в ткани, где встречаются с любыми протеазами, которые могут присутствовать. Человеческие клетки могут экспрессировать сотни различных протеаз, и некоторые из них сверхактивны в опухолях, где они помогают раковым клеткам покинуть свое первоначальное местонахождение, разрезая белки внеклеточного матрикса.
|
|
|
|
Эти раковые протеазы расщепляют штрих-коды ДНК с датчиков, позволяя штрих-кодам циркулировать в кровотоке до тех пор, пока они не выводятся с мочой.
|
|
|
|
В более ранних версиях этой технологии исследователи использовали масс-спектрометрию для анализа образца мочи и обнаружения штрих-кодов ДНК. Однако для масс-спектрометрии требуется оборудование, которое может быть недоступно в регионах с ограниченными ресурсами, поэтому для этой версии исследователи создали анализ латерального потока, который позволяет обнаруживать штрих-коды с помощью бумажной тест-полоски.
|
|
|
|
Исследователи разработали полоску для обнаружения до четырех различных штрих-кодов ДНК, каждый из которых указывает на присутствие отдельной протеазы. Никакой предварительной обработки или обработки образца мочи не требуется, а результаты можно прочитать примерно через 20 минут после получения образца.
|
|
|
|
«Мы действительно настаивали на том, чтобы этот анализ был доступен в условиях ограниченных ресурсов, поэтому идея заключалась в том, чтобы не выполнять никакой обработки образца, не проводить никакой амплификации, просто чтобы иметь возможность нанести образец прямо на бумагу. и прочитай его за 20 минут», — говорит Бхатия.
|
|
|
|
Исследователи протестировали свою диагностическую систему на мышах, генетически модифицированных для развития опухолей легких, аналогичных тем, которые наблюдаются у людей. Датчики вводили через 7,5 недель после того, как опухоли начали формироваться, — момент времени, который, вероятно, коррелирует со стадией рака 1 или 2 у людей.
|
|
|
|
В своей первой серии экспериментов на мышах исследователи измерили уровни 20 различных сенсоров, предназначенных для обнаружения различных протеаз. Используя алгоритм машинного обучения для анализа этих результатов, исследователи определили комбинацию всего из четырех датчиков, которая, по прогнозам, должна была дать точные диагностические результаты. Затем они протестировали эту комбинацию на мышиной модели и обнаружили, что она может точно обнаруживать опухоли легких на ранней стадии.
|
|
|
|
По словам исследователей, для использования на людях, возможно, потребуется больше датчиков для постановки точного диагноза, но этого можно достичь, используя несколько бумажных полосок, каждая из которых обнаруживает четыре разных штрих-кода ДНК, говорят исследователи.
|
|
|
|
Теперь исследователи планируют проанализировать образцы биопсии человека, чтобы увидеть, будут ли используемые ими сенсорные панели также работать для обнаружения рака у человека. В долгосрочной перспективе они надеются провести клинические испытания на людях. Компания Sunbird Bio уже провела фазу I испытаний аналогичного датчика, разработанного лабораторией Бхатиа, для использования в диагностике рака печени и формы гепатита, известной как неалкогольный стеатогепатит (NASH).
|
|
|
|
В тех частях мира, где доступ к компьютерной томографии ограничен, эта технология может значительно улучшить качество скрининга рака легких, особенно потому, что результаты можно получить за одно посещение. «Идея заключалась в том, что вы придете и получите ответ о том, нужно ли вам пройти последующий тест или нет, и мы могли бы привлечь пациентов с ранними поражениями в систему, чтобы они могли получить лечебную операцию или лекарства, спасающие жизнь», — говорит Бхатия.
|
|
|
|
Источник
|
