นาโนเซนเซอร์ที่สูดดมได้สามารถเพิ่มการเข้าถึงการตรวจคัดกรองมะเร็งปอด - 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="หายใจเข้าและตรวจพบ แพลตฟอร์มการวินิจฉัยของ PATROL ประกอบด้วยเซ็นเซอร์อนุภาคนาโนที่สูดดมได้และการตรวจวิเคราะห์การไหลด้านข้างที่มีต้นทุนต่ำ แผงด้านล่างแสดงไมโครกราฟอิเล็กตรอนแบบสแกนของอนุภาค ซึ่งเคลือบด้วยนาโนเซนเซอร์ซึ่งมีปฏิกิริยากับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งในปอด (เอื้อเฟื้อโดย: นักวิจัย CC BY-ND/MIT)”>

CT ขนาดต่ำซึ่งเป็นเทคนิคมาตรฐานทองคำสำหรับการวินิจฉัยมะเร็งปอดในกลุ่มเสี่ยง สามารถลดการเสียชีวิตด้วยโรคมะเร็งปอดได้ 20–25% ในการทดลองทางคลินิก อย่างไรก็ตาม การเข้าถึงเทคโนโลยีคัดกรองนี้อาจถูกจำกัดในพื้นที่ที่มีทรัพยากรไม่เพียงพอ ซึ่งส่งผลให้มีอัตราการเสียชีวิตด้วยโรคมะเร็งปอดสูงอย่างไม่เป็นสัดส่วนในภูมิภาคดังกล่าว นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (เอ็มไอที) หวังว่าจะจัดการกับความไม่เท่าเทียมนี้ในการตรวจหามะเร็งปอดในระยะเริ่มแรกด้วยการพัฒนาการทดสอบง่ายๆ โดยอาศัยการสูดดมเซ็นเซอร์อนุภาคนาโน

การทดสอบคัดกรองแบบใหม่ อธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้าเป็นแพลตฟอร์มการวินิจฉัยโดยไม่ต้องใช้เข็มที่เรียกว่า PATROL ซึ่งรวมโมดูลสามโมดูลเข้าด้วยกัน ได้แก่ นาโนเซนเซอร์ตามกิจกรรม (ABN) หน่วยสูดดมแบบพกพา และการทดสอบการไหลด้านข้างโดยใช้กระดาษแบบมัลติเพล็กซ์ (LFA)

ABN ผลิตจากอนุภาคนาโนโพลีเมอร์ควบคู่กับตัวรายงาน เช่น บาร์โค้ด DNA สังเคราะห์ ผ่านทางซับสเตรตเปปไทด์ เพื่อระบุชุดโพรบขั้นต่ำที่มีพลังในการทำนายสูง นักวิจัยได้ตรวจสอบคลังของเปปไทด์ที่ถูกแยกออกเมื่อสัมผัสกับโปรตีเอสที่เกี่ยวข้องกับมะเร็ง พวกเขาเลือกเปปไทด์ 20 ตัวเป็นนาโนเซ็นเซอร์ที่มีศักยภาพและทำการทดสอบในหนูเพื่อระบุการรวมกันของ ABN สี่ตัวที่น่าจะให้ผลการวินิจฉัยที่แม่นยำ

เพื่อรับการตรวจคัดกรอง ผู้ป่วยจะสูด ABNs ซึ่งได้รับการผสมเป็นละอองลอยขนาดไมครอนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสะสมในปอด หากนาโนเซนเซอร์เหล่านี้พบตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของมะเร็ง เช่น โปรตีเอสที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งปอด บาร์โค้ด DNA จะถูกแยกออกจากอนุภาคและปล่อยออกสู่การไหลเวียน ซึ่งในที่สุดพวกมันจะรวมตัวอยู่ในปัสสาวะ จากนั้นสามารถตรวจพบผู้รายงานเหล่านี้ได้โดยใช้การทดสอบปัสสาวะโดยใช้ LFA

เพื่อวิเคราะห์ตัวอย่างปัสสาวะอย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการที่ซับซ้อน ทีมงานได้พัฒนา LFA ที่สามารถวัดปริมาณบาร์โค้ด DNA ที่แตกต่างกันสี่อันบนแถบกระดาษแผ่นเดียวที่อุณหภูมิห้อง และเนื่องจากนาโนเซนเซอร์ถูกส่งโดยใช้เครื่องพ่นฝอยละอองหรือเครื่องช่วยหายใจแบบมือถือ ผู้ป่วยจึงสามารถจัดการการทดสอบ PATROL ด้วยตนเองที่บ้านได้

“เรากำลังผลักดันให้การทดสอบนี้เป็นแบบ ณ จุดดูแลในพื้นที่ที่มีทรัพยากรต่ำ ดังนั้นแนวคิดก็คือ ไม่ต้องดำเนินการกับตัวอย่างใดๆ ไม่ทำการขยายใดๆ เพียงเพื่อให้สามารถใส่ตัวอย่างลงบนกระดาษได้โดยตรง และอ่านมันออกมาภายใน 20 นาที” ผู้เขียนอาวุโสกล่าว สังคีตา ภะเถีย ในการแถลงข่าว

นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่า PATROL อาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศที่มีรายได้ต่ำและปานกลางซึ่งไม่มีเครื่องซีทีสแกนอย่างแพร่หลาย “เป้าหมายของเราคือการจัดหาวิธีการที่สามารถตรวจหามะเร็งด้วยความจำเพาะและความไวสูง และยังลดเกณฑ์ในการเข้าถึงลงด้วย เพื่อหวังว่าเราจะสามารถปรับปรุงความไม่เท่าเทียมกันและความไม่เท่าเทียมของทรัพยากรในการตรวจหามะเร็งปอดในระยะเริ่มแรกได้” ผู้เขียนร่วมกล่าวเสริม เฉียนจง.

ในร่างกาย การประเมินผล

นักวิจัยได้ทดสอบว่านาโนเซนเซอร์สามารถตรวจจับมะเร็งปอดในหนูได้หรือไม่ โดยตรวจสัตว์ 7.5 สัปดาห์หลังจากเนื้องอกเริ่มก่อตัว (น่าจะสัมพันธ์กับมะเร็งระยะที่ 1 หรือ 2 ในมนุษย์) พวกเขาสังเกตว่าแม้ว่าเครื่องสูดพ่นแบบผงแห้งจะมีการสะสมของปอดในระดับลึกที่เหนือกว่าในมนุษย์ แต่ก็สามารถกระตุ้นการหายใจได้และไม่เหมาะสำหรับสัตว์ฟันแทะ ดังนั้นพวกเขาจึงวางหนูไว้ในหอสูดดมและปล่อยให้พวกมันสัมผัสกับนาโนเซนเซอร์ที่ถูกพ่นละออง

สองชั่วโมงหลังจากการสูดดม ABN นักวิจัยได้เก็บตัวอย่างปัสสาวะจากสัตว์และวัดปริมาณนักข่าวโดยใช้แมสสเปกโตรเมตรี พวกเขาพบว่าสารตั้งต้นที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมจุลภาคของเนื้องอกทำให้บาร์โค้ด DNA ไหลเวียน และสัญญาณปัสสาวะจากนักข่าวทั้งสี่คนแตกต่างกันระหว่างหนูที่มีเนื้องอกและหนูที่มีสุขภาพดี การใช้วิธีอัลกอริธึมที่ไม่ได้รับการดูแลทำให้สามารถแยกแยะหนูที่มีเนื้องอกทั้งหมดออกจากหนูที่มีสุขภาพดีได้

พวกเขาสรุปว่า ABN ที่สูดดมได้ "แสดงให้เห็นถึงพลังที่แข็งแกร่งสำหรับการตรวจหามะเร็งของต่อมในปอดแบบ autochthonous ในหนูในระยะเริ่มต้น"

หายใจเข้าและตรวจพบ

ในที่สุด นักวิจัยได้ทดสอบประสิทธิภาพของแพลตฟอร์ม PATROL แบบ "หายใจเข้าและตรวจจับ" ทั้งหมด พวกเขาสังเคราะห์ ABN ที่เข้ารหัส DNA ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15 นาโนเมตร และใช้แบบจำลองเมาส์มะเร็งปอดและการนำส่งเครื่องพ่นยาขยายหลอดลมแบบเดียวกันเพื่อตรวจสอบการตรวจจับผู้รายงาน DNA ในปัสสาวะโดยใช้ LFA

การเปรียบเทียบความเข้มข้นของปัสสาวะของบาร์โค้ดแต่ละอันเผยให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความแตกแยกของโพรบสามอันที่รายงาน (แต่ไม่ใช่อันที่สี่) ระหว่างหนูที่มีสุขภาพดีกับหนูที่เป็นมะเร็ง การอ่านค่าปัสสาวะที่ตรวจพบด้วย LFA แสดงอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่คล้ายคลึงกันกับการวัดแมสสเปกโทรสโกปี อีกครั้งที่อัลกอริธึมการจัดกลุ่มแบบไม่ได้รับการดูแลสามารถจำแนกหนูทั้งหมดที่เป็นมะเร็งปอดระยะเริ่มแรกได้

การวิเคราะห์ลักษณะการทำงานของตัวรับ (ROC) แสดงให้เห็นว่าโพรบสามตัวทำหน้าที่เป็นตัวแยกประเภทเดี่ยวที่มีความสามารถ โดยมีพื้นที่ใต้เส้นโค้ง ROC (AUC) เท่ากับ 0.82, 0.88 และ 0.85 การรวมโพรบทั้งสี่เข้าด้วยกันทำให้ AUC เพิ่มขึ้นเป็น 0.93 ด้วยความจำเพาะ 100% LFA ตรวจพบผู้รายงาน DNA ด้วยความไว 75.2% เทียบได้กับ micro-CT

การตรวจคัดกรองมะเร็งปอดช่วยเพิ่มอัตราการรอดชีวิตในระยะยาวได้อย่างมาก

ทีมงานยังตรวจสอบประวัติความปลอดภัยของ ABN ที่สูดดมได้ และไม่พบความเป็นพิษทั่วไปหรือการอุดตันของหลอดเลือดในหนูเจ็ดวันหลังจากส่ง ABN โดสเดียวผ่านการพ่นยา

“โดยรวมแล้ว PATROL มีศักยภาพทางคลินิกที่ยอดเยี่ยม ไม่เพียงแต่สามารถตรวจพบมะเร็งปอดทั้งที่มีความละเอียดอ่อนและเฉพาะเจาะจงในระยะแรกๆ เท่านั้น แต่ยังทำให้สามารถนำไปใช้งานได้อย่างง่ายดายในพื้นที่ที่มีทรัพยากรจำกัด” นักวิจัยสรุป ถัดไป พวกเขาวางแผนที่จะวิเคราะห์ตัวอย่างชิ้นเนื้อของมนุษย์เพื่อดูว่าแผงเซ็นเซอร์สามารถตรวจพบมะเร็งในมนุษย์ได้หรือไม่ ซึ่งหวังว่าจะตามมาด้วยการทดลองทางคลินิกในผู้ป่วยที่เป็นมนุษย์

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
• เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening/