Hengitettävät nanosensorit voisivat lisätä pääsyä keuhkosyövän seulomiseen – Physics World

Hengitettävät nanosensorit voisivat lisätä pääsyä keuhkosyövän seulomiseen – Physics World

Aikaleima: 8. helmikuuta 2024 4

<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="Hengitä sisään ja havaitse PATROL-diagnostiikkaalusta sisältää hengitettäviä nanohiukkasantureita ja edullisia sivuvirtausmäärityksiä. Alapaneelissa on pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva partikkeleista, jotka on päällystetty nanosensoreilla, jotka ovat vuorovaikutuksessa syöpään liittyvien proteiinien kanssa keuhkoissa. (Kohtelias: CC BY-ND/MIT-tutkijat)”> PATROL-diagnostiikkaalusta käyttää hengitettäviä nanohiukkasantureita
Hengitä sisään ja havaitse PATROL-diagnostiikkaalusta sisältää hengitettäviä nanohiukkasantureita ja edullisia sivuvirtausmäärityksiä. Alapaneelissa on pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva hiukkasista, jotka on päällystetty nanosensoreilla, jotka ovat vuorovaikutuksessa syöpään liittyvien proteiinien kanssa keuhkoissa. (Kohtelias: CC BY-ND/MIT-tutkijat)

Pieniannoksinen TT, kultainen standardi keuhkosyövän diagnosoinnissa riskiryhmissä, on vähentänyt keuhkosyöpäkuolemia 20–25 % kliinisissä tutkimuksissa. Tämän seulontateknologian käyttömahdollisuus voi kuitenkin olla rajoitettu resurssikyhissä olosuhteissa, mikä johtaa suhteettoman korkeaan keuhkosyöpäkuolleisuuteen tällaisilla alueilla. Massachusetts Institute of Technologyn tutkijat (MIT) toivovat voivansa korjata tätä epätasa-arvoa keuhkosyövän varhaisessa havaitsemisessa kehittämällä yksinkertaisen testin, joka perustuu nanohiukkasanturien hengittämiseen.

Uusi seulontatesti, joka on kuvattu kohdassa Tiede ennakot, on PATROL-niminen neulaton diagnostiikkaalusta, joka yhdistää kolme moduulia: aktiivisuuspohjaiset nanosensorit (ABN); kannettava inhalaatioyksikkö; ja multipleksoitava paperipohjainen lateraalivirtausmääritys (LFA).

ABN:t on valmistettu polymeerinanohiukkasista, jotka on kytketty reportteriin, kuten synteettisiin DNA-viivakoodeihin, peptidisubstraattien kautta. Tunnistaakseen minimaalisen joukon koettimia, joilla on korkea ennustekyky, tutkijat tutkivat ehdokaspeptidien kirjastoa, jotka pilkkoutuvat altistuessaan syöpään liittyville proteaaseille. He valitsivat 20 peptidiä mahdollisiksi nanosensoreiksi ja suorittivat testejä hiirillä tunnistaakseen neljän ABN:n yhdistelmän, joka todennäköisesti antaa tarkat diagnostiset tulokset.

Seulontatestin suorittamiseksi potilas hengittää ABN:t, jotka formuloidaan mikronin kokoisiksi aerosoleiksi keuhkoihin kertymisen optimoimiseksi. Jos nämä nanosensorit kohtaavat syövän biomarkkereita, kuten keuhkosyöpään liittyviä proteaaseja, DNA-viivakoodit irrotetaan hiukkasesta ja vapautuvat verenkiertoon, jossa ne lopulta keskittyvät virtsaan. Nämä toimittajat voidaan sitten havaita käyttämällä LFA-pohjaista virtsatestiä.

Analysoidakseen virtsanäytteitä nopeasti ilman monimutkaisia ​​laboratoriolaitteita, tiimi kehitti LFA:t, jotka voivat kvantifioida neljä erilaista DNA-viivakoodia yhdellä paperiliuskalla huoneenlämpötilassa. Ja koska nanosensorit toimitetaan käyttäen sumutinta tai kädessä pidettävää inhalaattoria, potilaat voivat itse suorittaa PATROL-testin kotona.

"Työstämme todella tätä määritystä, jotta se olisi hoitopiste saatavilla vähän resursseja vaativissa olosuhteissa, joten ajatuksena oli olla tekemättä mitään näytteen käsittelyä, olla tekemättä mitään monistusta, vain voidaksemme laittaa näytteen suoraan paperille. ja lue se 20 minuutissa", sanoo vanhempi kirjailija Sangeeta Bhatia lehdistötiedotteessa.

Tutkijat huomauttavat, että PATROLilla voi olla erityisen merkittävä vaikutus matala- ja keskituloisissa maissa, joissa TT-skannereita ei ole laajalti saatavilla. "Tavoitteenamme oli tarjota menetelmä, jolla voidaan havaita syöpä korkealla spesifisyydellä ja herkkyydellä ja myös alentaa saavutettavuuden kynnystä, jotta voimme toivottavasti parantaa resurssien epätasa-arvoa ja epätasa-arvoa keuhkosyövän varhaisessa havaitsemisessa", lisää johtaja. Qian Zhong.

In vivo arviointi

Tutkijat testasivat, pystyvätkö nanosensorit havaitsemaan keuhkosyövän hiirillä, tutkimalla eläimiä 7.5 viikkoa kasvainten muodostumisen jälkeen (todennäköisesti korreloi 1. tai 2. vaiheen syövän kanssa ihmisillä). He huomauttavat, että vaikka kuivajauheinhalaattorit tarjoavat erinomaisen syvän keuhkoihin laskeutumisen ihmisillä, ne toimivat hengityksen avulla eivätkä sovellu jyrsijöille. Sen sijaan he asettivat hiiret inhalaatiotorniin ja altistivat ne sumutetuille nanosensoreille.

Kaksi tuntia ABN-hengityksen jälkeen tutkijat keräsivät virtsanäytteitä eläimistä ja määrittelivät toimittajat massaspektrometrialla. He havaitsivat, että kasvaimen mikroympäristölle altistuneet substraatit levittivät DNA-viivakoodit kiertoon ja että kaikkien neljän reportterin virtsasignaalit erosivat kasvaimia kantavien ja terveiden hiirten välillä. Valvomattomien algoritmisten menetelmien käyttö mahdollisti kaikkien kasvaimia kantavien hiirten erottamisen terveistä vastineista.

He päättelivät, että hengitettävät ABN:t "osoittivat vahvaa tehoa hiiren autoktonisen keuhkojen adenokarsinooman varhaisessa havaitsemisessa".

Hengitä sisään ja havaitse

Lopuksi tutkijat testasivat koko PATROL-alustan "hengitä sisään ja havaitse" suorituskykyä. He syntetisoivat DNA-koodattuja ABN:itä, joiden halkaisija oli noin 15 nm, ja käyttivät samaa keuhkosyövän hiirimallia ja sumutintoimitusta validoidakseen virtsan DNA-reportterien havaitsemisen LFA:n avulla.

Kunkin viivakoodin virtsan pitoisuuden vertailu paljasti merkittäviä eroja kolmen raportoiduista koettimista (mutta ei neljännestä) lohkeamisessa terveiden ja syöpää kantavien hiirten välillä. LFA:lla havaitut virtsan lukemat osoittivat samanlaisia ​​signaali-kohinasuhteita kuin massaspektroskopian mittauksissa. Jälleen, valvomattomat klusterointialgoritmit voisivat luokitella kaikki hiiret, joilla on varhaisen vaiheen keuhkosyöpä.

Vastaanottimen toimintaominaisuuksien (ROC) analyysi osoitti, että kolme anturista toimi pätevinä yksittäisinä luokittelijoina, joiden ROC-käyrän alla oleva pinta-ala (AUC) oli 0.82, 0.88 ja 0.85. Neljän koettimen yhdistäminen nosti AUC:n arvoon 0.93. 100 %:n spesifisyydellä LFA havaitsi DNA-reportterit 75.2 %:n herkkyydellä, joka on verrattavissa mikro-CT:n herkkyyteen.

Ryhmä tutki myös hengitettävien ABN:ien turvallisuusprofiilia, eikä havaittu yleistä myrkyllisyyttä tai verisuoniston tukkeutumista hiirillä seitsemän päivää sen jälkeen, kun yksi annos ABN:iä oli annosteltu sumutuksella.

"PATROLilla on yhteisesti suuri kliininen potentiaali paitsi herkän ja spesifisen keuhkosyövän havaitsemisen aikaisessa vaiheessa, myös mahdollistaa helpon käyttöönoton resurssit rajoitetuissa olosuhteissa", tutkijat päättelevät. Seuraavaksi he suunnittelevat analysoivansa ihmisen biopsianäytteitä nähdäkseen, pystyvätkö anturipaneelit havaitsemaan myös ihmisen syöpiä, minkä jälkeen toivottavasti tehdään kliinisiä tutkimuksia ihmispotilailla.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Fysiikan maailma