Des nanocapteurs inhalables pourraient accroître l’accès au dépistage du cancer du poumon – Physics World

Des nanocapteurs inhalables pourraient accroître l’accès au dépistage du cancer du poumon – Physics World

Horodatage: 8 février 2024 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="Inspirez et détectez La plateforme de diagnostic PATROL intègre des capteurs de nanoparticules inhalables et des tests à flux latéral à faible coût. Le panneau inférieur montre une micrographie électronique à balayage des particules recouvertes de nanocapteurs qui interagissent avec les protéines associées au cancer dans les poumons. (Avec l'aimable autorisation des chercheurs de CC BY-ND/MIT) »> La plateforme de diagnostic PATROL utilise des capteurs de nanoparticules inhalables
Inspirez et détectez La plateforme de diagnostic PATROL intègre des capteurs de nanoparticules inhalables et des tests à flux latéral à faible coût. Le panneau inférieur montre une micrographie électronique à balayage des particules recouvertes de nanocapteurs qui interagissent avec les protéines associées au cancer dans les poumons. (Avec l'aimable autorisation : chercheurs CC BY-ND/MIT)

La tomodensitométrie à faible dose, la technique de référence pour diagnostiquer le cancer du poumon dans les groupes à risque, a réduit les décès par cancer du poumon de 20 à 25 % dans les essais cliniques. L’accès à cette technologie de dépistage peut toutefois être limité dans les contextes aux ressources limitées, entraînant une mortalité disproportionnellement élevée par cancer du poumon dans ces régions. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) espèrent remédier à cette iniquité en matière de détection précoce du cancer du poumon grâce au développement d'un test simple basé sur l'inhalation de capteurs de nanoparticules.

Le nouveau test de dépistage, décrit dans Science Advances, est une plateforme de diagnostic sans aiguille appelée PATROL qui intègre trois modules : des nanocapteurs basés sur l'activité (ABN) ; une unité d'inhalation portative ; et un test à flux latéral (LFA) multiplexable sur papier.

Les ABN sont fabriqués à partir de nanoparticules polymères couplées à des rapporteurs, tels que des codes-barres d'ADN synthétique, via des substrats peptidiques. Pour identifier un ensemble minimal de sondes dotées d'un pouvoir prédictif élevé, les chercheurs ont examiné une bibliothèque de peptides candidats qui sont clivés lors d'une exposition à des protéases associées au cancer. Ils ont sélectionné 20 peptides comme nanocapteurs potentiels et effectué des tests sur des souris pour identifier une combinaison de quatre ABN susceptibles de donner des résultats diagnostiques précis.

Pour subir un test de dépistage, le patient inhale les ABN, qui sont formulés en aérosols de la taille du micron pour optimiser leur dépôt dans les poumons. Si ces nanocapteurs rencontrent des biomarqueurs du cancer, tels que les protéases associées au cancer du poumon, les codes-barres d'ADN sont séparés de la particule et libérés dans la circulation, où ils finissent par se concentrer dans l'urine. Ces rapporteurs peuvent ensuite être détectés à l’aide d’un test d’urine basé sur le LFA.

Pour analyser rapidement des échantillons d'urine sans avoir recours à un équipement de laboratoire complexe, l'équipe a développé des LFA capables de quantifier les quatre codes-barres d'ADN différents sur une seule bande de papier à température ambiante. Et comme les nanocapteurs sont administrés à l’aide d’un nébuliseur ou d’un inhalateur portatif, les patients peuvent s’auto-administrer le test PATROL à domicile.

« Nous poussions vraiment ce test à être disponible sur le lieu d'intervention dans un environnement à faibles ressources. L'idée était donc de ne procéder à aucun traitement d'échantillon, ni d'amplification, simplement pour pouvoir mettre l'échantillon directement sur le papier. et lisez-le en 20 minutes », déclare l'auteur principal Sangeeta Bhatia Dans un communiqué de presse.

Les chercheurs notent que PATROL pourrait avoir un impact particulièrement significatif dans les pays à revenu faible ou intermédiaire qui ne disposent pas d'un large accès aux tomodensitomètres. "Notre objectif était de fournir une méthode capable de détecter le cancer avec une spécificité et une sensibilité élevées, et également d'abaisser le seuil d'accessibilité, afin que nous puissions, espérons-le, améliorer la disparité des ressources et l'iniquité dans la détection précoce du cancer du poumon", ajoute le co-auteur principal. Qian Zhong.

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Les chercheurs ont testé si les nanocapteurs pouvaient détecter le cancer du poumon chez la souris, en examinant les animaux 7.5 semaines après le début de la formation des tumeurs (ce qui est probablement en corrélation avec un cancer de stade 1 ou 2 chez l'homme). Ils notent que même si les inhalateurs de poudre sèche offrent un dépôt supérieur dans les poumons profonds chez l'homme, ils sont actionnés par la respiration et ne conviennent pas aux rongeurs. Au lieu de cela, ils ont placé les souris dans une tour d’inhalation et les ont exposées à des nanocapteurs nébulisés.

Deux heures après l'inhalation d'ABN, les chercheurs ont collecté des échantillons d'urine des animaux et ont quantifié les rapporteurs par spectrométrie de masse. Ils ont découvert que les substrats exposés au microenvironnement tumoral libéraient les codes-barres d'ADN dans la circulation et que les signaux urinaires des quatre rapporteurs différaient entre les souris porteuses de tumeur et les souris saines. L'utilisation de méthodes algorithmiques non supervisées a permis de différencier toutes les souris porteuses de tumeurs de leurs homologues en bonne santé.

Ils ont conclu que les ABN inhalables « démontrent une puissance robuste pour la détection précoce de l’adénocarcinome pulmonaire autochtone de la souris ».

Inspirez et détectez

Enfin, les chercheurs ont testé les performances de l’ensemble de la plateforme PATROL « inspirer et détecter ». Ils ont synthétisé des ABN codés par l'ADN d'environ 15 nm de diamètre et ont utilisé le même modèle de souris atteinte du cancer du poumon et la même administration par nébuliseur pour valider la détection du rapporteur d'ADN urinaire à l'aide du LFA.

La comparaison de la concentration urinaire de chaque code-barres a révélé des différences significatives dans le clivage de trois des sondes rapportées (mais pas de la quatrième) entre les souris saines et cancéreuses. Les lectures urinaires détectées avec le LFA ont montré des rapports signal/bruit similaires à ceux des mesures par spectroscopie de masse. Encore une fois, des algorithmes de regroupement non supervisés pourraient classer toutes les souris atteintes d'un cancer du poumon à un stade précoce.

L'analyse des caractéristiques de fonctionnement du récepteur (ROC) a montré que trois des sondes agissaient comme des classificateurs uniques compétents, avec des valeurs d'aire sous la courbe ROC (AUC) de 0.82, 0.88 et 0.85. La combinaison des quatre sondes a augmenté l'AUC à 0.93. Avec une spécificité de 100 %, le LFA a détecté les ADN rapporteurs avec une sensibilité de 75.2 %, comparable à celle du micro-CT.

L'équipe a également examiné le profil de sécurité des ABN inhalables et n'a constaté aucune toxicité générale ni obstruction du système vasculaire chez la souris sept jours après l'administration d'une dose unique d'ABN par nébulisation.

« Collectivement, PATROL recèle un grand potentiel clinique, non seulement pour parvenir à une détection à la fois sensible et spécifique du cancer du poumon à des stades précoces, mais également pour permettre un déploiement facile dans des contextes aux ressources limitées », concluent les chercheurs. Ensuite, ils prévoient d’analyser des échantillons de biopsies humaines pour voir si les panneaux de capteurs peuvent également détecter des cancers humains, suivis, espérons-le, d’essais cliniques sur des patients humains.

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