חיישני ננו הניתנים לשאיפה יכולים להגביר את הגישה לבדיקת סרטן ריאות - עולם הפיזיקה

<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="שאפו ותזהו פלטפורמת האבחון PATROL משלבת חיישני ננו-חלקיקים ניתנים לשאיפה ומבחני זרימה רוחבית בעלות נמוכה. הפאנל התחתון מציג מיקרוסקופ אלקטרוני סורק של החלקיקים, המצופים בננו-חיישנים המקיימים אינטראקציה עם חלבונים הקשורים לסרטן בריאות. (באדיבות: חוקרי CC BY-ND/MIT)”>

CT במינון נמוך, טכניקת תקן הזהב לאבחון סרטן ריאות בקבוצות סיכון, הפחיתה את מקרי המוות מסרטן הריאות ב-20-25% בניסויים קליניים. עם זאת, הגישה לטכנולוגיית סקר זו יכולה להיות מוגבלת במסגרות דלות במשאבים, מה שמוביל לתמותה מסרטן ריאות גבוהה באופן לא פרופורציונלי באזורים כאלה. חוקרים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) מקווים לטפל בחוסר השוויון הזה בגילוי מוקדם של סרטן ריאות עם פיתוח של בדיקה פשוטה המבוססת על שאיפת חיישני ננו-חלקיקים.

מבחן המיון החדש, המתואר ב התקדמות מדע, היא פלטפורמת אבחון נטולת מחטים בשם PATROL המשלבת שלושה מודולים: ננו-חיישנים מבוססי פעילות (ABNs); יחידת אינהלציה ניידת; ומבחן זרימה צידית (LFA) המבוססת על נייר מרובה.

ה-ABNs עשויים מננו-חלקיקים פולימריים יחד עם כתבים, כגון ברקודים של DNA סינתטיים, באמצעות מצעי פפטידים. כדי לזהות סט מינימלי של בדיקות עם כוח ניבוי גבוה, החוקרים בחנו ספרייה של פפטידים מועמדים שמתפצלים בחשיפה לפרוטאזות הקשורות לסרטן. הם בחרו 20 פפטידים כננו-חיישנים פוטנציאליים וביצעו בדיקות בעכברים כדי לזהות שילוב של ארבעה ABNs שעשויים לתת תוצאות אבחון מדויקות.

כדי לעבור בדיקת סקר, המטופל שואף את ה-ABNs, אשר מנוסחים לארוסולים בגודל מיקרון כדי לייעל את השקיעה בריאות. אם הננו-חיישנים הללו נתקלים בסמנים ביולוגיים של סרטן, כגון פרוטאזות הקשורות לסרטן ריאות, ברקודי ה-DNA נבקעים מהחלקיק ומשוחררים למחזור הדם, שם הם בסופו של דבר מתרכזים בשתן. לאחר מכן ניתן לזהות את הכתבים הללו באמצעות בדיקת שתן מבוססת LFA.

כדי לנתח במהירות דגימות שתן ללא צורך בציוד מעבדה מורכב, הצוות פיתח LFAs שיכולים לכמת את ארבעת ברקודי ה-DNA השונים על רצועת נייר אחת בטמפרטורת החדר. ומכיוון שהננו-חיישנים מועברים באמצעות נבולייזר או משאף ידני, המטופלים יכולים לבצע את בדיקת PATROL בעצמם בבית.

"באמת דחפנו את המבחן הזה להיות נקודת טיפול זמינה בסביבה עם משאבים נמוכים, אז הרעיון היה לא לעשות שום עיבוד דגימה, לא לעשות שום הגברה, רק כדי להיות מסוגל לשים את הדגימה על הנייר ולקרוא אותו תוך 20 דקות", אומר סופר בכיר סאנג'טה בהטיה בהצהרת עיתונאים.

החוקרים מציינים שלפטרול עשויה להיות השפעה משמעותית במיוחד במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית שאין להן זמינות נרחבת של סורקי CT. "המטרה שלנו הייתה לספק שיטה שיכולה לזהות סרטן בספציפיות וברגישות גבוהות, וגם להוריד את סף הנגישות, כך שבתקווה שנוכל לשפר את פער המשאבים ואת אי השוויון בגילוי מוקדם של סרטן ריאות", מוסיף המחבר הראשי. צ'יאן ז'ונג.

In vivo הערכה

החוקרים בדקו האם הננו-חיישנים יכולים לזהות סרטן ריאות בעכברים, ובחנו בעלי חיים 7.5 שבועות לאחר שהחלו להיווצר גידולים (ככל הנראה מתאם עם סרטן בשלב 1 או 2 בבני אדם). הם מציינים שבעוד שמשאפי אבקה יבשה מציעים שקיעת ריאות עמוקה מעולה בבני אדם, הם מופעלים בנשימה ואינם מתאימים למכרסמים. אז במקום זאת, הם הניחו את העכברים במגדל שאיפה וחשפו אותם לננו-חיישנים מעורפלים.

שעתיים לאחר שאיפת ABN, החוקרים אספו דגימות שתן מהחיות וכימתו את הכתבים באמצעות ספקטרומטריית המונים. הם גילו שמצעים שנחשפו למיקרו-סביבת הגידול מוציאים את ברקודי ה-DNA למחזור, ושאותות השתן מכל ארבעת הכתבים היו שונים בין עכברים נושאי גידול לבין עכברים בריאים. שימוש בשיטות אלגוריתמיות ללא פיקוח איפשר בידול של כל העכברים נושאי הגידול מעמיתים בריאים.

הם הגיעו למסקנה שה-ABNs הניתנים לשאיפה "מפגינים כוח חזק לזיהוי מוקדם של אדנוקרצינומה ריאתית אוטוכטונית של עכברים".

שאפו ותזהו

לבסוף, החוקרים בדקו את הביצועים של כל פלטפורמת "שאיפה וגילוי" PATROL. הם סינתזו ABN מקודדים ב-DNA בקוטר של כ-15 ננומטר והשתמשו באותו מודל של עכבר סרטן ריאות ובמשלוח נבולייזר כדי לאמת את זיהוי כתב ה-DNA בשתן באמצעות LFA.

השוואת ריכוזי השתן של כל ברקוד גילתה הבדלים משמעותיים בביקוע של שלוש מהבדיקות המדווחות (אך לא הרביעית) בין עכברים בריאים ובעלי סרטן. קריאות שתן שזוהו עם LFA הראו יחסי אות לרעש דומים למדידות ספקטרוסקופיה המסה. שוב, אלגוריתמי מקבץ ללא פיקוח יכולים לסווג את כל העכברים עם סרטן ריאות בשלב מוקדם.

ניתוח מאפיין הפעלת מקלט (ROC) הראה ששלושה מהבדיקות פעלו כמסווגים יחידים מוכשרים, עם ערכי שטח מתחת לעקומת ROC (AUC) של 0.82, 0.88 ו-0.85. שילוב ארבעת הבדיקות העלה את ה-AUC ל-0.93. עם 100% ספציפיות, ה-LFA זיהה כתבי DNA עם רגישות של 75.2%, דומה לזו של מיקרו-CT.

בדיקת סרטן ריאות מגבירה באופן דרמטי את ההישרדות לטווח ארוך

הצוות בדק גם את פרופיל הבטיחות של ABNs הניתנים לשאיפה, ולא ראה רעילות כללית או סתימה של כלי הדם בעכברים שבעה ימים לאחר מתן מנה אחת של ABNs באמצעות ערפול.

"ביחד, ל-PATROL יש פוטנציאל קליני גדול לא רק להשיג גילוי סרטן ריאות רגיש וספציפי בשלבים מוקדמים, אלא גם לאפשר פריסה קלה במסגרות מוגבלות במשאבים", מסכמים החוקרים. לאחר מכן, הם מתכננים לנתח דגימות ביופסיה אנושיות כדי לראות אם לוחות החיישנים יכולים לזהות גם סרטן אנושי, בתקווה שאחריהם יגיעו ניסויים קליניים בחולים אנושיים.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening/