Інгаляційні наносенсори можуть збільшити доступ до скринінгу раку легенів – Physics World

Інгаляційні наносенсори можуть збільшити доступ до скринінгу раку легенів – Physics World

Мітка часу: 8 лютого 2024 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="Вдихніть і виявіть Діагностична платформа PATROL включає датчики наночастинок, які можна вдихати, і недорогі аналізи бічного потоку. На нижній панелі показано скануючу електронну мікрофотографію частинок, які покриті наносенсорами, які взаємодіють з білками, пов’язаними з раком, у легенях. (З дозволу: дослідники CC BY-ND/MIT)”> Діагностична платформа PATROL використовує датчики наночастинок, які можна вдихати
Вдихніть і виявіть Діагностична платформа PATROL включає датчики наночастинок, які можна вдихати, і недорогі аналізи бічного потоку. На нижній панелі показано скануючу електронну мікрофотографію частинок, які покриті наносенсорами, які взаємодіють з білками, пов’язаними з раком, у легенях. (З дозволу дослідників CC BY-ND/MIT)

КТ з низькими дозами, золотий стандарт методики діагностики раку легенів у групах ризику, знизила смертність від раку легенів на 20–25% у клінічних дослідженнях. Однак доступ до цієї технології скринінгу може бути обмежений у місцях з обмеженими ресурсами, що призводить до непропорційно високої смертності від раку легенів у таких регіонах. Дослідники Массачусетського технологічного інституту (MIT) сподіваються усунути цю несправедливість у ранньому виявленні раку легенів за допомогою розробки простого тесту, заснованого на вдиханні датчиків наночастинок.

Новий скринінговий тест, описаний в Наука розвивається, це безголкова діагностична платформа під назвою PATROL, яка об’єднує три модулі: наносенсори на основі активності (ABN); портативна інгаляційна установка; і мультиплексний аналіз бокового потоку на папері (LFA).

ABN виготовлені з полімерних наночастинок, поєднаних з репортерами, такими як синтетичні штрих-коди ДНК, через пептидні субстрати. Щоб ідентифікувати мінімальний набір зондів з високою прогностичною здатністю, дослідники вивчили бібліотеку пептидів-кандидатів, які розщеплюються під впливом протеаз, пов’язаних із раком. Вони вибрали 20 пептидів як потенційні наносенсори та провели тести на мишах, щоб ідентифікувати комбінацію чотирьох ABN, яка, ймовірно, дасть точні результати діагностики.

Щоб пройти скринінговий тест, пацієнт вдихає ABN, які складаються в аерозолі мікронного розміру для оптимізації відкладення в легенях. Якщо ці наносенсори стикаються з біомаркерами раку, такими як протеази, пов’язані з раком легенів, штрих-коди ДНК відщеплюються від частинок і вивільняються в кровообіг, де вони зрештою концентруються в сечі. Потім цих репортерів можна виявити за допомогою аналізу сечі на основі LFA.

Для швидкого аналізу зразків сечі без потреби у складному лабораторному обладнанні команда розробила LFA, які можуть кількісно визначити чотири різні штрих-коди ДНК на одній паперовій смужці при кімнатній температурі. А оскільки наносенсори доставляються за допомогою небулайзера або портативного інгалятора, пацієнти можуть самостійно проводити тест PATROL вдома.

«Ми справді намагалися зробити цей аналіз доступним у місці надання медичної допомоги в умовах обмежених ресурсів, тому ідея полягала в тому, щоб не обробляти зразки, не робити жодної ампліфікації, просто щоб мати можливість помістити зразок прямо на папір. і прочитати це за 20 хвилин», – каже старший автор Сангіта Бхатія у заяві для преси.

Дослідники відзначають, що PATROL може мати особливо значний вплив у країнах із низьким і середнім рівнем доходу, де немає широкого доступу до сканерів КТ. «Наша мета полягала в тому, щоб створити метод, який може виявляти рак з високою специфічністю та чутливістю, а також знизити поріг доступності, щоб, сподіваюся, ми могли зменшити диспропорцію ресурсів і несправедливість у ранньому виявленні раку легенів», – додає один із провідних авторів. Цянь Чжун.

В природних умовах оцінка

Дослідники перевірили, чи можуть наносенсори виявляти рак легенів у мишей, досліджуючи тварин через 7.5 тижнів після того, як пухлина почала утворюватися (ймовірно, це корелює з раком 1 або 2 стадії у людей). Вони відзначають, що хоча інгалятори сухого порошку забезпечують чудове глибоке осадження в легенях у людей, вони активуються диханням і непридатні для гризунів. Тож замість цього вони помістили мишей у інгаляційну вежу та піддали їх дії розпилених наносенсорів.

Через дві години після вдихання ABN дослідники зібрали зразки сечі у тварин і кількісно визначили репортерів за допомогою мас-спектрометрії. Вони виявили, що субстрати, піддані впливу мікрооточення пухлини, викидають штрих-коди ДНК у циркуляцію, і що сигнали сечі від усіх чотирьох репортерів відрізнялися між пухлинними та здоровими мишами. Використання неконтрольованих алгоритмічних методів дозволило диференціювати всіх мишей із пухлиною від здорових аналогів.

Вони прийшли до висновку, що інгаляційні ABN «демонструють потужну ефективність для раннього виявлення аутохтонної аденокарциноми легенів у мишей».

Вдихніть і виявіть

Нарешті, дослідники перевірили продуктивність усієї платформи PATROL «вдихни та вияви». Вони синтезували ДНК-кодовані ABN діаметром приблизно 15 нм і використовували ту саму мишачу модель раку легенів і доставку небулайзером, щоб підтвердити виявлення репортера ДНК сечі за допомогою LFA.

Порівняння концентрації кожного штрих-коду в сечі виявило значні відмінності в розщепленні трьох із заявлених зондів (але не четвертого) між здоровими мишами та мишами з раком. Показники сечі, виявлені за допомогою LFA, показали подібне співвідношення сигнал/шум до вимірювань мас-спектроскопії. Знову ж таки, неконтрольовані алгоритми кластеризації можуть класифікувати всіх мишей з ранньою стадією раку легенів.

Аналіз робочих характеристик приймача (ROC) показав, що три зонди діяли як компетентні одиничні класифікатори зі значеннями площі під кривою ROC (AUC) 0.82, 0.88 і 0.85. Комбінація чотирьох зондів збільшила AUC до 0.93. Маючи 100% специфічність, LFA виявив ДНК-репортери з чутливістю 75.2%, що можна порівняти з чутливістю мікро-КТ.

Команда також вивчила профіль безпеки інгаляційних ABN і не виявила загальної токсичності або закупорки судин у мишей через сім днів після введення одноразової дози ABN за допомогою небулайзера.

«У сукупності PATROL має великий клінічний потенціал не тільки для чутливого та специфічного виявлення раку легенів на ранніх стадіях, але й для легкого розгортання в умовах обмежених ресурсів», – підсумовують дослідники. Далі вони планують проаналізувати зразки біопсії людини, щоб з’ясувати, чи можуть сенсорні панелі також виявляти рак людини, після чого, сподіваємося, пройдуть клінічні випробування на людях.

Часова мітка:

Більше від Світ фізики