Wdychane nanosensory mogą zwiększyć dostęp do badań przesiewowych w kierunku raka płuc – Physics World

Wdychane nanosensory mogą zwiększyć dostęp do badań przesiewowych w kierunku raka płuc – Physics World

Znacznik czasu: 8 lutego 2024 r. 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="Wdychaj i wykrywaj Platforma diagnostyczna PATROL obejmuje wdychalne czujniki nanocząstek i niedrogie testy przepływu bocznego. Dolny panel przedstawia skaningową mikrografię elektronową cząstek pokrytych nanosensorami oddziałującymi z białkami płuc związanymi z nowotworem. (Dzięki uprzejmości: badacze CC BY-ND/MIT)”> Platforma diagnostyczna PATROL wykorzystuje wdychalne czujniki nanocząsteczek
Wdychaj i wykrywaj Platforma diagnostyczna PATROL obejmuje wdychalne czujniki nanocząstek i niedrogie testy przepływu bocznego. Dolny panel przedstawia skaningową mikrografię elektronową cząstek pokrytych nanosensorami oddziałującymi z białkami płuc związanymi z nowotworem. (Dzięki uprzejmości: badacze CC BY-ND/MIT)

CT niskodawkowa, złoty standard w diagnostyce raka płuc w grupach ryzyka, w badaniach klinicznych zmniejszyła liczbę zgonów z powodu raka płuc o 20–25%. Dostęp do tej technologii badań przesiewowych może być jednak ograniczony w warunkach ubogich w zasoby, co prowadzi do nieproporcjonalnie wysokiej śmiertelności z powodu raka płuc w takich regionach. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) mamy nadzieję zaradzić tym nierównościom we wczesnym wykrywaniu raka płuc poprzez opracowanie prostego testu opartego na wdychaniu czujników nanocząsteczek.

Nowy test przesiewowy, opisany w Postępy nauki, to bezigłowa platforma diagnostyczna o nazwie PATROL, która integruje trzy moduły: nanosensory oparte na aktywności (ABN); przenośna jednostka inhalacyjna; oraz multipleksowalny papierowy test przepływu bocznego (LFA).

ABN są wykonane z nanocząstek polimerowych połączonych z reporterami, takimi jak syntetyczne kody kreskowe DNA, za pośrednictwem substratów peptydowych. Aby zidentyfikować minimalny zestaw sond o dużej mocy predykcyjnej, naukowcy zbadali bibliotekę potencjalnych peptydów, które ulegają rozszczepieniu pod wpływem proteaz związanych z nowotworem. Wybrali 20 peptydów jako potencjalne nanosensory i przeprowadzili testy na myszach, aby zidentyfikować kombinację czterech ABN, która prawdopodobnie zapewni dokładne wyniki diagnostyczne.

Aby przejść badanie przesiewowe, pacjent wdycha ABN, które są formułowane w aerozole o wielkości mikrona, aby zoptymalizować osadzanie się w płucach. Jeśli te nanosensory napotkają biomarkery nowotworowe, takie jak proteazy związane z rakiem płuc, kody kreskowe DNA są odcinane od cząsteczki i uwalniane do krążenia, gdzie ostatecznie koncentrują się w moczu. Reporterów tych można następnie wykryć za pomocą testu moczu opartego na LFA.

Aby szybko analizować próbki moczu bez konieczności stosowania skomplikowanego sprzętu laboratoryjnego, zespół opracował LFA, które umożliwiają ilościową analizę czterech różnych kodów kreskowych DNA na pojedynczym pasku papieru w temperaturze pokojowej. Ponieważ nanosensory dostarczane są za pomocą nebulizatora lub ręcznego inhalatora, pacjenci mogą samodzielnie przeprowadzić test PATROL w domu.

„Naprawdę zależało nam na tym, aby ten test był dostępny w miejscu opieki zdrowotnej i przy niewielkich zasobach, więc pomysł polegał na tym, aby nie przeprowadzać żadnego przetwarzania próbki ani nie przeprowadzać żadnej amplifikacji, tylko po to, aby móc umieścić próbkę bezpośrednio na papierze i przeczytaj w 20 minut” – mówi starszy autor Sangeeta Bhatia w oświadczeniu prasowym.

Naukowcy zauważają, że PATROL może mieć szczególnie znaczący wpływ w krajach o niskich i średnich dochodach, które nie mają powszechnej dostępności tomografów komputerowych. „Naszym celem było dostarczenie metody, która będzie w stanie wykryć raka z dużą swoistością i czułością, a także obniżyć próg dostępności, co, miejmy nadzieję, umożliwi zmniejszenie dysproporcji i nierówności w zakresie zasobów we wczesnym wykrywaniu raka płuc” – dodaje współautor prowadzący Qian Zhong.

In vivo oszacowanie

Naukowcy przetestowali, czy nanosensory mogą wykryć raka płuc u myszy, badając zwierzęta 7.5 tygodnia po tym, jak guz zaczął się tworzyć (prawdopodobnie korelując z nowotworem w stadium 1 lub 2 u ludzi). Zauważają, że chociaż inhalatory suchego proszku zapewniają lepsze osadzanie się w głębokich płucach u ludzi, działają one na oddech i są nieodpowiednie dla gryzoni. Zamiast tego umieścili myszy w wieży inhalacyjnej i wystawili je na działanie nebulizowanych nanosensorów.

Dwie godziny po inhalacji ABN naukowcy pobrali próbki moczu od zwierząt i określili ilościowo reportery za pomocą spektrometrii mas. Odkryli, że substraty wystawione na działanie mikrośrodowiska nowotworu wprowadzają kody kreskowe DNA do krążenia, a sygnały z moczu wszystkich czterech reporterów różnią się między myszami z nowotworem i zdrowymi. Zastosowanie nienadzorowanych metod algorytmicznych umożliwiło odróżnienie wszystkich myszy z nowotworem od zdrowych myszy.

Doszli do wniosku, że wdychane ABN „wykazują dużą skuteczność we wczesnym wykrywaniu autochtonicznego gruczolakoraka płuc u myszy”.

Wdychaj i wykrywaj

Na koniec badacze przetestowali działanie całej platformy PATROL „wdech i wykrycie”. Zsyntetyzowali kodowane DNA ABN o średnicy około 15 nm i wykorzystali ten sam mysi model raka płuc i ten sam sposób podawania nebulizatora, aby zweryfikować wykrywanie reportera DNA w moczu za pomocą LFA.

Porównanie stężenia każdego kodu kreskowego w moczu ujawniło istotne różnice w rozszczepieniu trzech ze zgłoszonych sond (ale nie czwartej) pomiędzy myszami zdrowymi i myszami z nowotworem. Odczyty moczu wykryte za pomocą LFA wykazały podobny stosunek sygnału do szumu jak pomiary spektroskopii mas. Ponownie, algorytmy grupowania bez nadzoru mogłyby sklasyfikować wszystkie myszy z rakiem płuc we wczesnym stadium.

Analiza charakterystyki operacyjnej odbiornika (ROC) wykazała, że ​​trzy sondy działały jako kompetentne pojedyncze klasyfikatory, z wartościami pola pod krzywą ROC (AUC) wynoszącymi 0.82, 0.88 i 0.85. Połączenie czterech sond zwiększyło AUC do 0.93. Przy 100% swoistości LFA wykrył reportery DNA z czułością 75.2%, porównywalną z mikro-CT.

Zespół zbadał także profil bezpieczeństwa wziewnych ABN i nie zaobserwował żadnej ogólnej toksyczności ani zatykania naczyń krwionośnych u myszy siedem dni po podaniu pojedynczej dawki ABN poprzez nebulizację.

„Wspólnie projekt PATROL posiada ogromny potencjał kliniczny, nie tylko pozwalający na czułe i specyficzne wykrywanie raka płuc we wczesnych stadiach, ale także umożliwiający łatwe wdrożenie w warunkach ograniczonych zasobów” – podsumowują naukowcy. Następnie planują przeanalizować próbki z biopsji człowieka, aby sprawdzić, czy panele czujników będą w stanie wykryć również nowotwory u ludzi, po czym, miejmy nadzieję, przeprowadzą badania kliniczne na ludziach.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki