Inhaleeritavad nanosensorid võivad suurendada juurdepääsu kopsuvähi sõeluuringule – Physics World

Inhaleeritavad nanosensorid võivad suurendada juurdepääsu kopsuvähi sõeluuringule – Physics World

Ajatempel: 8. veebruar 2024 kell 4:30

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening-physics-world-2.jpg" data-caption="Hingake sisse ja tuvastage Diagnostiline platvorm PATROL sisaldab sissehingatavaid nanoosakeste andureid ja madala hinnaga külgvoolu teste. Alumine paneel näitab skaneerivat elektronmikrograafi osakestest, mis on kaetud nanosensoritega, mis interakteeruvad kopsudes vähiga seotud valkudega. (Viisakalt: CC BY-ND/MIT teadlased)”> Diagnostikaplatvorm PATROL kasutab sissehingatavaid nanoosakeste andureid
Hingake sisse ja tuvastage Diagnostiline platvorm PATROL sisaldab sissehingatavaid nanoosakeste andureid ja madala hinnaga külgvoolu teste. Alumine paneel näitab skaneerivat elektronmikrograafi osakestest, mis on kaetud nanosensoritega, mis interakteeruvad kopsudes vähiga seotud valkudega. (Viisakalt: CC BY-ND/MIT teadlased)

Väikese annusega CT, kopsuvähi diagnoosimise kuldstandardmeetod riskirühmades, on kliinilistes uuringutes vähendanud kopsuvähi surmajuhtumeid 20–25%. Juurdepääs sellele sõeluuringutehnoloogiale võib aga olla piiratud ressursivaestes tingimustes, mis põhjustab sellistes piirkondades ebaproportsionaalselt kõrge kopsuvähi suremuse. Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teadlased (MIT) loodavad lahendada seda ebavõrdsust kopsuvähi varajases avastamises, töötades välja lihtsa testi, mis põhineb nanoosakeste andurite sissehingamisel.

Uus sõeltest, mida on kirjeldatud punktis Teadus ettemaksed, on nõelavaba diagnostikaplatvorm nimega PATROL, mis integreerib kolm moodulit: aktiivsuspõhised nanosensorid (ABN-id); kaasaskantav inhalatsiooniseade; ja multipleksitav paberipõhine lateraalvoolu test (LFA).

ABN-id on valmistatud polümeeri nanoosakestest, mis on peptiidsubstraatide kaudu ühendatud reporteritega, nagu sünteetilised DNA vöötkoodid. Minimaalse suure ennustamisvõimega sondide komplekti tuvastamiseks uurisid teadlased kandidaatpeptiidide raamatukogu, mis lõhustatakse kokkupuutel vähiga seotud proteaasidega. Nad valisid potentsiaalseteks nanosensoriteks 20 peptiidi ja tegid hiirtel katseid, et tuvastada nelja ABN-i kombinatsioon, mis tõenäoliselt annab täpseid diagnostilisi tulemusi.

Skriinimistesti läbimiseks hingab patsient sisse ABN-e, millest moodustuvad mikronisuurused aerosoolid, et optimeerida sadestumist kopsudesse. Kui need nanosensorid puutuvad kokku vähi biomarkeritega, nagu kopsuvähiga seotud proteaasid, eraldatakse DNA vöötkoodid osakestest ja vabastatakse vereringesse, kus need lõpuks koonduvad uriiniga. Neid reportereid saab seejärel tuvastada LFA-põhise uriinianalüüsi abil.

Uriiniproovide kiireks analüüsimiseks ilma keerukate laboriseadmeteta töötas meeskond välja LFA-d, mis suudavad kvantifitseerida nelja erineva DNA vöötkoodi ühel paberiribal toatemperatuuril. Kuna nanosensorid tarnitakse nebulisaatori või käeshoitava inhalaatori abil, saavad patsiendid PATROL-testi kodus ise manustada.

"Me püüdsime seda analüüsi teha, et see oleks hooldepunktis kättesaadav vähese ressursiga keskkonnas, nii et idee oli mitte teha proovi töötlemist ega võimendamist, vaid lihtsalt selleks, et proov saaks otse paberile panna. ja lugege see 20 minutiga ette,” ütleb vanemautor Sangeeta Bhatia Pressiteates.

Uurijad märgivad, et PATROLil võib olla eriti märkimisväärne mõju madala ja keskmise sissetulekuga riikides, kus CT-skannerid ei ole laialdaselt kättesaadavad. "Meie eesmärk oli pakkuda meetodit, mis võimaldab tuvastada vähktõbe kõrge spetsiifilisuse ja tundlikkusega ning alandada ka juurdepääsetavuse läve, nii et loodetavasti saame parandada ressursside ebavõrdsust ja ebavõrdsust kopsuvähi varajases avastamises," lisab kaasautor. Qian Zhong.

In vivo hindamine

Uurijad katsetasid, kas nanosensorid suudavad tuvastada kopsuvähki hiirtel, uurides loomi 7.5 nädalat pärast kasvajate moodustumist (tõenäoliselt korrelatsioonis 1. või 2. staadiumi vähiga inimestel). Nad märgivad, et kuigi kuivpulbri inhalaatorid pakuvad inimestel paremat sügavat kopsude ladestumist, on need hingamisega juhitavad ja närilistele sobimatud. Selle asemel asetasid nad hiired inhalatsioonitorni ja eksponeerisid nad pihustatud nanosensoritele.

Kaks tundi pärast ABN-i sissehingamist kogusid teadlased loomadelt uriiniproove ja kvantifitseerisid reporterid massispektromeetria abil. Nad leidsid, et kasvaja mikrokeskkonnaga kokku puutunud substraadid paiskavad DNA vöötkoodid ringlusse ja et kõigi nelja reporteri uriinisignaalid erinevad kasvajaga ja tervete hiirte vahel. Järelevalveta algoritmiliste meetodite kasutamine võimaldas eristada kõiki kasvajaga hiiri tervetest analoogidest.

Nad jõudsid järeldusele, et inhaleeritavad ABN-id "demonstreerivad tugevat võimsust hiire autohtoonse kopsu adenokartsinoomi varajaseks avastamiseks".

Hingake sisse ja tuvastage

Lõpuks testisid teadlased kogu PATROL platvormi "hingake ja tuvastage" jõudlust. Nad sünteesisid umbes 15 nm läbimõõduga DNA-kodeeritud ABN-sid ja kasutasid sama kopsuvähi hiiremudelit ja nebulisaatori kohaletoimetamist, et valideerida uriini DNA reporteri tuvastamist LFA abil.

Iga vöötkoodi uriinikontsentratsiooni võrdlemine näitas olulisi erinevusi kolme teatatud sondi (kuid mitte neljanda) lõhustumises tervete ja vähki kandvate hiirte vahel. LFA-ga tuvastatud uriininäidud näitasid massispektroskoopia mõõtmistega sarnaseid signaali-müra suhteid. Jällegi võivad järelevalveta rühmitamisalgoritmid klassifitseerida kõik varajases staadiumis kopsuvähiga hiired.

Vastuvõtja töökarakteristiku (ROC) analüüs näitas, et kolm sondi toimisid pädeva üksiku klassifikaatorina, mille ROC kõvera alune pindala (AUC) olid 0.82, 0.88 ja 0.85. Nelja sondi kombineerimine suurendas AUC väärtuseni 0.93. 100% spetsiifilisusega tuvastas LFA DNA reporterid 75.2% tundlikkusega, mis on võrreldav mikro-CT tundlikkusega.

Töörühm uuris ka inhaleeritavate ABN-ide ohutusprofiili ja ei täheldanud hiirtel üldist toksilisust ega veresoonte ummistumist seitse päeva pärast ABN-ide ühekordse annuse manustamist nebuliseerimise teel.

"Kollektiivne on PATROLil suur kliiniline potentsiaal mitte ainult nii tundliku kui ka spetsiifilise kopsuvähi avastamiseks varases staadiumis, vaid ka selleks, et võimaldada hõlpsat kasutuselevõttu piiratud ressurssidega tingimustes," järeldavad teadlased. Järgmisena kavatsevad nad analüüsida inimese biopsia proove, et näha, kas anduripaneelid suudavad tuvastada ka inimese vähkkasvajaid, millele järgneb loodetavasti inimpatsientide kliinilised uuringud.

Ajatempel:

Veel alates Füüsika maailm