Nanosensori inalabili potrebbero aumentare l’accesso allo screening del cancro ai polmoni – Physics World

<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="Inspira e rileva La piattaforma diagnostica PATROL incorpora sensori di nanoparticelle inalabili e test a flusso laterale a basso costo. Il pannello inferiore mostra una micrografia elettronica a scansione delle particelle, che sono rivestite con nanosensori che interagiscono con le proteine ​​associate al cancro nei polmoni. (Per gentile concessione: ricercatori CC BY-ND/MIT)”>

La TC a basso dosaggio, la tecnica gold standard per la diagnosi del cancro del polmone nei gruppi a rischio, ha ridotto le morti per cancro del polmone del 20-25% negli studi clinici. L’accesso a questa tecnologia di screening, tuttavia, può essere limitato in contesti poveri di risorse, portando a una mortalità sproporzionatamente elevata per cancro al polmone in tali regioni. I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (CON) sperano di risolvere questa disuguaglianza nella diagnosi precoce del cancro ai polmoni con lo sviluppo di un semplice test basato sull'inalazione di sensori di nanoparticelle.

Il nuovo test di screening, descritto in Anticipi Scienza, è una piattaforma diagnostica senza ago chiamata PATROL che integra tre moduli: nanosensori basati sull'attività (ABN); un'unità di inalazione portatile; e un test di flusso laterale (LFA) multiplexabile basato su carta.

Gli ABN sono costituiti da nanoparticelle polimeriche accoppiate a reporter, come i codici a barre del DNA sintetico, tramite substrati peptidici. Per identificare un insieme minimo di sonde con elevato potere predittivo, i ricercatori hanno esaminato una libreria di peptidi candidati che vengono scissi in seguito all'esposizione alle proteasi associate al cancro. Hanno selezionato 20 peptidi come potenziali nanosensori e hanno eseguito test sui topi per identificare una combinazione di quattro ABN che avrebbero potuto fornire risultati diagnostici accurati.

Per sottoporsi a un test di screening, il paziente inala gli ABN, che sono formulati in aerosol di dimensioni micron per ottimizzare la deposizione nei polmoni. Se questi nanosensori incontrano biomarcatori del cancro, come le proteasi associate al cancro del polmone, i codici a barre del DNA vengono scissi dalla particella e rilasciati nella circolazione, dove alla fine si concentrano nelle urine. Questi reporter possono quindi essere rilevati utilizzando un test delle urine basato su LFA.

Per analizzare rapidamente i campioni di urina senza la necessità di complesse apparecchiature di laboratorio, il team ha sviluppato LFA in grado di quantificare i quattro diversi codici a barre del DNA su una singola striscia di carta a temperatura ambiente. E poiché i nanosensori vengono somministrati utilizzando un nebulizzatore o un inalatore portatile, i pazienti possono autosomministrarsi il test PATROL a casa.

"Stavamo davvero spingendo questo test affinché fosse disponibile presso il punto di cura in un ambiente con risorse limitate, quindi l'idea era di non eseguire alcuna elaborazione del campione, né di eseguire alcuna amplificazione, solo per poter mettere il campione direttamente sulla carta e leggilo in 20 minuti", afferma l'autore senior Sangeeta Bhatia In una dichiarazione stampa.

I ricercatori sottolineano che PATROL potrebbe avere un impatto particolarmente significativo nei paesi a basso e medio reddito che non dispongono di un’ampia disponibilità di scanner CT. "Il nostro obiettivo era quello di fornire un metodo in grado di rilevare il cancro con elevata specificità e sensibilità, e anche di abbassare la soglia di accessibilità, in modo che si spera di poter migliorare la disparità e l'ineguaglianza delle risorse nella diagnosi precoce del cancro del polmone", aggiunge il co-autore principale Qian Zhong.

in vivo valutazione

I ricercatori hanno testato se i nanosensori sono in grado di rilevare il cancro ai polmoni nei topi, esaminando gli animali 7.5 settimane dopo che i tumori hanno iniziato a formarsi (probabilmente in correlazione con il cancro allo stadio 1 o 2 negli esseri umani). Notano che mentre gli inalatori di polvere secca offrono una deposizione polmonare profonda superiore negli esseri umani, sono azionati dal respiro e non sono adatti ai roditori. Quindi, hanno posizionato i topi in una torre di inalazione e li hanno esposti a nanosensori nebulizzati.

Due ore dopo l'inalazione dell'ABN, i ricercatori hanno raccolto campioni di urina dagli animali e hanno quantificato i reporter utilizzando la spettrometria di massa. Hanno scoperto che i substrati esposti al microambiente tumorale rilasciavano i codici a barre del DNA in circolazione e che i segnali urinari di tutti e quattro i reporter differivano tra i topi portatori di tumore e quelli sani. L'uso di metodi algoritmici non supervisionati ha consentito la differenziazione di tutti i topi portatori di tumore dalle controparti sane.

Hanno concluso che gli ABN inalabili “dimostrano un forte potere per la diagnosi precoce dell’adenocarcinoma polmonare autoctono del topo”.

Inspira e rileva

Infine, i ricercatori hanno testato le prestazioni dell’intera piattaforma “inspira e rileva” PATROL. Hanno sintetizzato ABN codificati dal DNA di circa 15 nm di diametro e hanno utilizzato lo stesso modello murino di cancro al polmone e la somministrazione di nebulizzatore per convalidare il rilevamento del reporter del DNA urinario utilizzando l'LFA.

Il confronto della concentrazione urinaria di ciascun codice a barre ha rivelato differenze significative nella scissione di tre delle sonde riportate (ma non della quarta) tra topi sani e portatori di cancro. Le letture urinarie rilevate con LFA hanno mostrato rapporti segnale-rumore simili alle misurazioni della spettroscopia di massa. Ancora una volta, algoritmi di clustering non supervisionati potrebbero classificare tutti i topi con cancro ai polmoni in stadio iniziale.

L'analisi delle caratteristiche operative del ricevitore (ROC) ha mostrato che tre delle sonde hanno agito come singoli classificatori competenti, con valori dell'area sotto la curva ROC (AUC) di 0.82, 0.88 e 0.85. La combinazione delle quattro sonde ha aumentato l'AUC a 0.93. Con una specificità del 100%, l'LFA ha rilevato i reporter del DNA con una sensibilità del 75.2%, paragonabile a quella della micro-CT.

Lo screening del cancro del polmone aumenta notevolmente la sopravvivenza a lungo termine

Il team ha inoltre esaminato il profilo di sicurezza degli ABN inalabili e non ha riscontrato alcuna tossicità generale o intasamento del sistema vascolare nei topi sette giorni dopo la somministrazione di una singola dose di ABN tramite nebulizzazione.

«Nel complesso, PATROL possiede un grande potenziale clinico non solo per ottenere un rilevamento sensibile e specifico del cancro polmonare nelle fasi iniziali, ma anche per consentire un facile impiego in contesti con risorse limitate», concludono i ricercatori. Successivamente, hanno in programma di analizzare campioni di biopsia umana per vedere se i pannelli di sensori possono anche rilevare tumori umani, si spera seguiti da studi clinici su pazienti umani.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening/