Nanosensor yang dapat dihirup dapat meningkatkan akses terhadap skrining kanker paru-paru – Dunia Fisika

Nanosensor yang dapat dihirup dapat meningkatkan akses terhadap skrining kanker paru-paru – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 8 Februari 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="Tarik napas dan deteksi Platform diagnostik PATROL menggabungkan sensor nanopartikel yang dapat dihirup dan pengujian aliran lateral berbiaya rendah. Panel bawah menunjukkan pemindaian mikrograf elektron dari partikel, yang dilapisi dengan sensor nano yang berinteraksi dengan protein terkait kanker di paru-paru. (Sumber: Peneliti CC BY-ND/MIT)”> Platform diagnostik PATROL menggunakan sensor nanopartikel yang dapat dihirup
Tarik napas dan deteksi Platform diagnostik PATROL menggabungkan sensor nanopartikel yang dapat dihirup dan pengujian aliran lateral berbiaya rendah. Panel bawah menunjukkan pemindaian mikrograf elektron dari partikel, yang dilapisi dengan sensor nano yang berinteraksi dengan protein terkait kanker di paru-paru. (Sumber: Peneliti CC BY-ND/MIT)

CT dosis rendah, teknik standar emas untuk mendiagnosis kanker paru-paru pada kelompok berisiko, telah mengurangi kematian akibat kanker paru-paru sebesar 20–25% dalam uji klinis. Namun, akses terhadap teknologi skrining ini mungkin terbatas di wilayah dengan sumber daya terbatas, sehingga menyebabkan tingginya angka kematian akibat kanker paru-paru di wilayah tersebut. Para peneliti di Institut Teknologi Massachusetts (MIT) berharap untuk mengatasi kesenjangan dalam deteksi dini kanker paru-paru dengan pengembangan tes sederhana berdasarkan sensor inhalasi nanopartikel.

Tes penyaringan baru, dijelaskan dalam Kemajuan ilmu pengetahuan, adalah platform diagnostik bebas jarum yang disebut PATROL yang mengintegrasikan tiga modul: nanosensor berbasis aktivitas (ABN); unit inhalasi portabel; dan uji aliran lateral (LFA) berbasis kertas multipleks.

ABN terbuat dari nanopartikel polimer yang digabungkan dengan reporter, seperti kode batang DNA sintetik, melalui substrat peptida. Untuk mengidentifikasi serangkaian probe minimal dengan daya prediksi tinggi, para peneliti memeriksa perpustakaan kandidat peptida yang terpecah saat terpapar protease terkait kanker. Mereka memilih 20 peptida sebagai nanosensor potensial dan melakukan tes pada tikus untuk mengidentifikasi kombinasi empat ABN yang mungkin memberikan hasil diagnostik yang akurat.

Untuk menjalani tes skrining, pasien menghirup ABN yang diformulasikan menjadi aerosol berukuran mikron untuk mengoptimalkan pengendapan di paru-paru. Jika nanosensor ini bertemu dengan biomarker kanker, seperti protease terkait kanker paru-paru, kode batang DNA akan dipecah dari partikel tersebut dan dilepaskan ke dalam sirkulasi, di mana mereka akhirnya terkonsentrasi di urin. Para reporter ini kemudian dapat dideteksi menggunakan tes urine berbasis LFA.

Untuk menganalisis sampel urin dengan cepat tanpa memerlukan peralatan laboratorium yang rumit, tim mengembangkan LFA yang dapat mengukur empat kode batang DNA berbeda pada satu strip kertas pada suhu kamar. Dan karena sensor nano dikirimkan menggunakan nebulizer atau inhaler genggam, pasien dapat melakukan tes PATROL sendiri di rumah.

“Kami benar-benar mendorong pengujian ini agar tersedia di tempat perawatan di lingkungan dengan sumber daya rendah, jadi idenya adalah untuk tidak melakukan pemrosesan sampel apa pun, tidak melakukan amplifikasi apa pun, hanya agar dapat menempatkan sampel tepat di atas kertas. dan membacanya dalam 20 menit,” kata penulis senior Sangeeta Bhatia dalam pernyataan pers.

Para peneliti mencatat bahwa PATROL dapat memberikan dampak yang sangat signifikan di negara-negara berpenghasilan rendah dan menengah yang tidak memiliki ketersediaan pemindai CT yang luas. “Tujuan kami adalah menyediakan metode yang dapat mendeteksi kanker dengan spesifisitas dan sensitivitas tinggi, serta menurunkan ambang batas aksesibilitas, sehingga diharapkan kami dapat memperbaiki disparitas dan ketidakadilan sumber daya dalam deteksi dini kanker paru-paru,” tambah salah satu penulis utama. Qian Zhong.

In vivo penilaian

Para peneliti menguji apakah nanosensor dapat mendeteksi kanker paru-paru pada tikus, dengan memeriksa hewan 7.5 minggu setelah tumor mulai terbentuk (kemungkinan berkorelasi dengan kanker stadium 1 atau 2 pada manusia). Mereka mencatat bahwa meskipun inhaler bubuk kering menawarkan deposisi paru-paru yang lebih baik pada manusia, inhaler tersebut digerakkan oleh pernapasan dan tidak cocok untuk hewan pengerat. Jadi, mereka menempatkan tikus di menara inhalasi dan memaparkannya pada nanosensor yang dinebulasi.

Dua jam setelah menghirup ABN, para peneliti mengumpulkan sampel urin dari hewan dan mengukur hasilnya menggunakan spektrometri massa. Mereka menemukan bahwa substrat yang terpapar pada lingkungan mikro tumor melepaskan kode batang DNA ke dalam sirkulasi, dan sinyal urin dari keempat reporter berbeda antara tikus yang mengandung tumor dan tikus sehat. Penggunaan metode algoritmik tanpa pengawasan memungkinkan diferensiasi semua tikus yang mengandung tumor dari tikus sehat.

Mereka menyimpulkan bahwa ABN yang dapat dihirup “menunjukkan kekuatan yang kuat untuk deteksi dini adenokarsinoma paru asli tikus”.

Tarik napas dan deteksi

Terakhir, para peneliti menguji kinerja seluruh platform PATROL “tarik napas dan deteksi”. Mereka mensintesis ABN berkode DNA dengan diameter sekitar 15 nm dan menggunakan model tikus kanker paru-paru yang sama dan pengiriman nebulizer untuk memvalidasi deteksi reporter DNA urin menggunakan LFA.

Membandingkan konsentrasi urin dari masing-masing barcode mengungkapkan perbedaan signifikan dalam pembelahan tiga probe yang dilaporkan (tetapi bukan yang keempat) antara tikus sehat dan tikus yang mengandung kanker. Pembacaan urin yang terdeteksi dengan LFA menunjukkan rasio signal-to-noise yang serupa dengan pengukuran spektroskopi massa. Sekali lagi, algoritma pengelompokan tanpa pengawasan dapat mengklasifikasikan semua tikus dengan kanker paru-paru stadium awal.

Analisis karakteristik operasi penerima (ROC) menunjukkan bahwa tiga probe bertindak sebagai pengklasifikasi tunggal yang kompeten, dengan nilai area di bawah kurva ROC (AUC) sebesar 0.82, 0.88, dan 0.85. Menggabungkan empat probe meningkatkan AUC menjadi 0.93. Dengan spesifisitas 100%, LFA mendeteksi pelapor DNA dengan sensitivitas 75.2%, sebanding dengan mikro-CT.

Tim juga memeriksa profil keamanan ABN yang dapat dihirup, dan tidak menemukan toksisitas umum atau penyumbatan pembuluh darah pada tikus tujuh hari setelah memberikan dosis tunggal ABN melalui nebulisasi.

“Secara kolektif, PATROL memiliki potensi klinis yang besar tidak hanya untuk mencapai deteksi kanker paru-paru yang sensitif dan spesifik pada tahap awal tetapi juga untuk memudahkan penerapan di rangkaian terbatas sumber daya,” para peneliti menyimpulkan. Selanjutnya, mereka berencana menganalisis sampel biopsi manusia untuk melihat apakah panel sensor juga dapat mendeteksi kanker pada manusia, diharapkan dapat dilanjutkan dengan uji klinis pada pasien manusia.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika