Вдыхаемые наносенсоры могут расширить доступ к скринингу рака легких

<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="Вдохните и обнаружите Диагностическая платформа PATROL включает в себя датчики вдыхаемых наночастиц и недорогие анализы латерального потока. На нижней панели показана сканирующая электронная микрофотография частиц, покрытых наносенсорами, которые взаимодействуют с белками, связанными с раком, в легких. (Фото любезно предоставлено исследователями CC BY-ND/MIT)»>

Низкодозная КТ, золотой стандарт диагностики рака легких в группах риска, в клинических исследованиях снизила смертность от рака легких на 20–25%. Однако доступ к этой технологии скрининга может быть ограничен в странах с ограниченными ресурсами, что приводит к непропорционально высокой смертности от рака легких в таких регионах. Исследователи Массачусетского технологического института (г.MIT) надеются устранить это неравенство в раннем выявлении рака легких с помощью разработки простого теста, основанного на вдыхании датчиков наночастиц.

Новый скрининговый тест, описанный в Наука развивается, представляет собой безыгольную диагностическую платформу под названием PATROL, которая объединяет три модуля: наносенсоры, основанные на активности (ABN); портативный ингалятор; и мультиплексный анализ латерального потока на бумажной основе (LFA).

ABN состоят из полимерных наночастиц, связанных с репортерами, такими как синтетические штрих-коды ДНК, через пептидные субстраты. Чтобы определить минимальный набор зондов с высокой прогностической способностью, исследователи изучили библиотеку пептидов-кандидатов, которые расщепляются под воздействием протеаз, связанных с раком. Они выбрали 20 пептидов в качестве потенциальных наносенсоров и провели тесты на мышах, чтобы идентифицировать комбинацию четырех ABN, которая может дать точные диагностические результаты.

Чтобы пройти скрининговый тест, пациент вдыхает ABN, которые образуют аэрозоли микронного размера для оптимизации осаждения в легких. Если эти наносенсоры обнаруживают биомаркеры рака, такие как протеазы, связанные с раком легких, штрих-коды ДНК отрываются от частицы и попадают в кровоток, где в конечном итоге концентрируются в моче. Эти репортеры затем могут быть обнаружены с помощью анализа мочи на основе LFA.

Чтобы быстро анализировать образцы мочи без необходимости использования сложного лабораторного оборудования, команда разработала LFA, которые могут количественно определять четыре различных штрих-кода ДНК на одной бумажной полоске при комнатной температуре. А поскольку наносенсоры доставляются с помощью небулайзера или портативного ингалятора, пациенты могут самостоятельно проводить тест PATROL дома.

«Мы действительно настаивали на том, чтобы этот анализ был доступен на месте лечения в условиях ограниченных ресурсов, поэтому идея заключалась в том, чтобы не выполнять никакой обработки образца, не проводить никакой амплификации, просто чтобы иметь возможность нанести образец прямо на бумагу. и прочитайте его за 20 минут», — говорит старший автор Сангита Бхатия В заявлении для прессы.

Исследователи отмечают, что PATROL может оказать особенно значительное влияние в странах с низким и средним уровнем дохода, где нет широкой доступности компьютерных томографов. «Наша цель состояла в том, чтобы предоставить метод, который может обнаруживать рак с высокой специфичностью и чувствительностью, а также снизить порог доступности, чтобы, надеюсь, мы могли улучшить неравенство в ресурсах и неравенство в раннем выявлении рака легких», — добавляет соавтор. Цянь Чжун.

в естественных условиях оценки;

Исследователи проверили, могут ли наносенсоры обнаружить рак легких у мышей, обследуя животных через 7.5 недель после того, как опухоли начали формироваться (вероятно, это коррелирует с раком 1 или 2 стадии у людей). Они отмечают, что, хотя ингаляторы сухого порошка обеспечивают превосходное осаждение в глубоких легких у людей, они активируются при дыхании и не подходят для грызунов. Вместо этого они поместили мышей в ингаляционную башню и подвергли воздействию распыляемых наносенсоров.

Через два часа после вдыхания АБН исследователи собрали образцы мочи животных и количественно оценили количество репортеров с помощью масс-спектрометрии. Они обнаружили, что субстраты, подвергшиеся воздействию микроокружения опухоли, выделяют штрих-коды ДНК в кровоток, и что сигналы мочи от всех четырех репортеров различаются у мышей с опухолями и здоровых мышей. Использование неконтролируемых алгоритмических методов позволило дифференцировать всех мышей с опухолями от здоровых аналогов.

Они пришли к выводу, что вдыхаемые ABN «демонстрируют надежную эффективность для раннего выявления автохтонной аденокарциномы легких у мышей».

Вдохните и обнаружите

Наконец, исследователи проверили производительность всей платформы PATROL «вдохни и обнаруживай». Они синтезировали ДНК-кодированные ABN диаметром примерно 15 нм и использовали ту же модель мышиного рака легких и доставку небулайзером для проверки обнаружения репортера ДНК в моче с помощью LFA.

Сравнение концентрации каждого штрих-кода в моче выявило значительные различия в расщеплении трех из зарегистрированных зондов (но не четвертого) между здоровыми и раковыми мышами. Показания мочи, обнаруженные с помощью LFA, показали аналогичные соотношения сигнал/шум с измерениями масс-спектроскопии. Опять же, алгоритмы неконтролируемой кластеризации могут классифицировать всех мышей с раком легких на ранней стадии.

Анализ рабочих характеристик приемника (ROC) показал, что три зонда действовали как компетентные одиночные классификаторы со значениями площади под кривой ROC (AUC) 0.82, 0.88 и 0.85. Объединение четырех зондов увеличило AUC до 0.93. Обладая 100% специфичностью, LFA обнаружил репортеры ДНК с чувствительностью 75.2%, что сопоставимо с чувствительностью микро-КТ.

Скрининг рака легких значительно увеличивает долгосрочную выживаемость

Команда также изучила профиль безопасности ингаляционных АБН и не обнаружила общей токсичности или закупорки сосудов у мышей через семь дней после введения однократной дозы АБН посредством распыления.

«В совокупности PATROL обладает огромным клиническим потенциалом не только для обеспечения чувствительного и специфического обнаружения рака легких на ранних стадиях, но и для обеспечения легкого развертывания в условиях ограниченных ресурсов», — заключают исследователи. Затем они планируют проанализировать образцы биопсии человека, чтобы увидеть, могут ли сенсорные панели также обнаруживать рак человека, после чего, как мы надеемся, последуют клинические испытания на людях.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening/