Nanosenzorji za vdihovanje bi lahko povečali dostop do presejanja pljučnega raka – Physics World

Nanosenzorji za vdihovanje bi lahko povečali dostop do presejanja pljučnega raka – Physics World

Časovni žig: 8. februar 2024 4

<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="Vdihnite in zaznajte Diagnostična platforma PATROL vključuje senzorje nanodelcev, ki jih je mogoče vdihavati, in nizkocenovne teste bočnega pretoka. Spodnja plošča prikazuje skenirno elektronsko mikrografijo delcev, ki so prevlečeni z nanosenzorji, ki medsebojno delujejo z beljakovinami, povezanimi z rakom v pljučih. (Z dovoljenjem: raziskovalci CC BY-ND/MIT)”> Diagnostična platforma PATROL uporablja vdihljive senzorje nanodelcev
Vdihnite in zaznajte Diagnostična platforma PATROL vključuje senzorje nanodelcev, ki jih je mogoče vdihavati, in nizkocenovne teste bočnega pretoka. Spodnja plošča prikazuje skenirno elektronsko mikrografijo delcev, ki so prevlečeni z nanosenzorji, ki medsebojno delujejo z beljakovinami, povezanimi z rakom v pljučih. (Z dovoljenjem: raziskovalci CC BY-ND/MIT)

CT z nizkimi odmerki, zlata standardna tehnika za diagnosticiranje pljučnega raka pri ogroženih skupinah, je v kliničnih preskušanjih zmanjšala smrtnost zaradi pljučnega raka za 20–25 %. Dostop do te presejalne tehnologije pa je lahko omejen v okoljih s slabimi viri, kar vodi do nesorazmerno visoke umrljivosti zaradi pljučnega raka v takih regijah. Raziskovalci na Massachusetts Institute of Technology (MIT) upajo, da bodo odpravili to neenakost pri zgodnjem odkrivanju pljučnega raka z razvojem preprostega testa, ki temelji na vdihavanju senzorjev nanodelcev.

Nov presejalni test, opisan v Znanost Predplačila, je diagnostična platforma brez igel, imenovana PATROL, ki združuje tri module: nanosenzorje na podlagi dejavnosti (ABN); prenosna inhalacijska enota; in večkratni papirni test lateralnega toka (LFA).

ABN so narejeni iz polimernih nanodelcev, povezanih s reporterji, kot so sintetične črtne kode DNA, prek peptidnih substratov. Za identifikacijo minimalnega nabora sond z visoko napovedno močjo so raziskovalci pregledali knjižnico kandidatnih peptidov, ki se cepijo ob izpostavljenosti proteazam, povezanim z rakom. Izbrali so 20 peptidov kot potencialne nanosenzorje in izvedli teste na miših, da bi identificirali kombinacijo štirih ABN, ki bi verjetno dale natančne diagnostične rezultate.

Za opravljanje presejalnega testa pacient vdihne ABN, ki so oblikovani v aerosole mikronske velikosti za optimizacijo odlaganja v pljučih. Če ti nanosenzorji naletijo na biomarkerje raka, kot so proteaze, povezane s pljučnim rakom, se črtne kode DNK odcepijo od delcev in sprostijo v krvni obtok, kjer se sčasoma koncentrirajo v urinu. Te poročevalce je nato mogoče odkriti s testom urina na osnovi LFA.

Za hitro analizo vzorcev urina brez potrebe po zapleteni laboratorijski opremi je ekipa razvila LFA, ki lahko kvantificirajo štiri različne črtne kode DNK na enem papirnatem traku pri sobni temperaturi. In ker se nanosenzorji dovajajo z nebulatorjem ali ročnim inhalatorjem, lahko pacienti sami izvajajo test PATROL doma.

»Resnično smo si prizadevali, da bi bil ta test na voljo na kraju samem v okolju z nizkimi viri, zato je bila ideja, da ne izvajamo nobene obdelave vzorca, ne izvajamo nobenega pomnoževanja, samo da lahko vzorec postavimo kar na papir. in ga preberete v 20 minutah,« pravi starejši avtor Sangeeta Bhatia v izjavi za javnost.

Raziskovalci ugotavljajo, da bi PATROL lahko imel še posebej pomemben vpliv v državah z nizkimi in srednjimi dohodki, ki nimajo široke razpoložljivosti skenerjev CT. »Naš cilj je bil zagotoviti metodo, ki lahko odkrije raka z visoko specifičnostjo in občutljivostjo ter tudi znižati prag dostopnosti, tako da upamo, da bomo lahko izboljšali razlike v sredstvih in neenakost pri zgodnjem odkrivanju pljučnega raka,« dodaja sovoditeljski avtor Qian Zhong.

In vivo ocenjevanje

Raziskovalci so testirali, ali lahko nanosenzorji zaznajo pljučnega raka pri miših, pri čemer so pregledali živali 7.5 tednov po tem, ko so se tumorji začeli oblikovati (verjetno korelira s stopnjo 1 ali 2 raka pri ljudeh). Ugotavljajo, da medtem ko inhalatorji s suhim prahom nudijo vrhunsko globoko odlaganje v pljuča pri ljudeh, se aktivirajo z dihanjem in so neprimerni za glodavce. Namesto tega so miši postavili v inhalacijski stolp in jih izpostavili nebuliziranim nanosenzorjem.

Dve uri po vdihavanju ABN so raziskovalci zbrali vzorce urina živali in kvantificirali poročevalce z masno spektrometrijo. Ugotovili so, da substrati, izpostavljeni mikrookolju tumorja, vržejo črtne kode DNK v obtok in da se urinski signali vseh štirih poročevalcev razlikujejo med mišmi s tumorjem in zdravimi mišmi. Uporaba nenadzorovanih algoritemskih metod je omogočila razlikovanje vseh miši, ki so nosile tumor, od zdravih primerkov.

Ugotovili so, da inhalacijski ABN "izkazujejo močno moč za zgodnje odkrivanje mišjega avtohtonega pljučnega adenokarcinoma".

Vdihnite in zaznajte

Na koncu so raziskovalci testirali delovanje celotne platforme PATROL »vdihni in zaznaj«. Sintetizirali so ABN, kodirane z DNA, s premerom približno 15 nm in uporabili isti mišji model pljučnega raka in dostavo z nebulatorjem, da bi potrdili detekcijo reporterja DNK v urinu z uporabo LFA.

Primerjava koncentracije vsake črtne kode v urinu je pokazala pomembne razlike v cepitvi treh prijavljenih sond (vendar ne četrte) med zdravimi mišmi in mišmi z rakom. Urinski odčitki, zaznani z LFA, so pokazali podobna razmerja med signalom in šumom kot meritve masne spektroskopije. Spet bi lahko nenadzorovani algoritmi združevanja v skupine razvrstili vse miši z zgodnjim stadijem pljučnega raka.

Analiza delovne karakteristike sprejemnika (ROC) je pokazala, da so tri sonde delovale kot kompetentni posamezni klasifikatorji z vrednostmi površine pod krivuljo ROC (AUC) 0.82, 0.88 in 0.85. Kombinacija štirih sond je povečala AUC na 0.93. S 100-odstotno specifičnostjo je LFA zaznal reporterje DNK z občutljivostjo 75.2 %, primerljivo z občutljivostjo mikro-CT.

Skupina je preučila tudi varnostni profil inhalacijskih ABN in ni opazila splošne toksičnosti ali zamašitve vaskulature pri miših sedem dni po dajanju enega odmerka ABN z nebulizacijo.

"Skupaj ima PATROL velik klinični potencial ne samo za doseganje občutljivega in specifičnega odkrivanja pljučnega raka v zgodnjih fazah, ampak tudi za omogočanje enostavne uporabe v okoljih z omejenimi viri," zaključujejo raziskovalci. Nato nameravajo analizirati vzorce človeške biopsije, da bi ugotovili, ali lahko senzorske plošče odkrijejo tudi raka pri ljudeh, čemur upajo, da bodo sledila klinična preskušanja na bolnikih.

Časovni žig:

Več od Svet fizike