Inženýři MIT navrhli nový senzor nanočástic, který by mohl umožnit včasnou diagnostiku rakoviny pomocí jednoduchého testu moči. Senzory, které dokážou detekovat mnoho různých rakovinných proteinů, by mohly být také použity okay rozlišení typu nádoru nebo toho, jak reaguje na léčbu.
Nanočástice jsou navrženy tak, že když se setkají s nádorem, vylučují krátké sekvence DNA, které jsou vylučovány močí. Analýza těchto „čárových kódů“ DNA může odhalit charakteristické rysy nádoru konkrétního pacienta. Vědci svůj check navrhli tak, aby jej bylo možné provést pomocí proužku papíru, podobně jako u domácího testu na Covid, o kterém doufají, že by mohl být cenově dostupný a dostupný professional co nejvíce pacientů.
„Snažíme se inovovat v kontextu zpřístupnění technologie professional prostředí s nízkými a středními zdroji. Uvedení této diagnostiky na papír je součástí našeho cíle demokratizace diagnostiky a vytváření levných technologií, které vám mohou poskytnout rychlou odpověď v místě péče,“ říká Sangeeta Bhatia, profesorka zdravotnických věd a technologie a elektrotechniky Johna a Dorothy Wilsonových. a informatika na MIT a člen Kochova institutu professional integrativní výzkum rakoviny a Institutu lékařského inženýrství a vědy na MIT.
Při testech na myších vědci ukázali, že mohou pomocí senzorů detekovat aktivitu pěti různých enzymů, které jsou exprimovány v nádorech. Ukázali také, že jejich přístup by mohl být rozšířen tak, aby rozlišoval alespoň 46 různých čárových kódů DNA v jednom vzorku, pomocí mikrofluidního zařízení okay analýze vzorků.
Bhatia je hlavní autor článku, který se dnes objevuje v Nature Nanotechnology. Liangliang Hao, bývalý vědecký pracovník MIT, který je nyní odborným asistentem biomedicínského inženýrství na Bostonské univerzitě, je hlavním autorem studie.
DNA čárové kódy
Bhatiaova laboratoř několik let vyvíjí „syntetické biomarkery“, které by mohly být použity okay diagnostice rakoviny. Tato práce staví na konceptu detekce biomarkerů rakoviny, jako jsou proteiny nebo cirkulující nádorové buňky, ve vzorku krve pacienta. Tyto přirozeně se vyskytující biomarkery jsou tak vzácné, že je téměř nemožné je najít, zejména v rané fázi, ale syntetické biomarkery lze použít okay zesílení změn v menším měřítku, ke kterým dochází v malých nádorech.
V předchozí práci Bhatia vytvořil nanočástice, které dokážou detekovat aktivitu enzymů zvaných proteázy, které pomáhají rakovinným buňkám uniknout z jejich původních lokalit nebo se usadit v nových, proříznutím proteinů extracelulární matrix. Nanočástice jsou potaženy peptidy, které jsou štěpeny různými proteázami, a jakmile se tyto peptidy uvolní do krevního řečiště, mohou být koncentrovány a snáze detekovány ve vzorku moči.
Původní peptidové biomarkery byly navrženy tak, aby byly detekovány na základě malých upravených variací v jejich hmotnosti pomocí hmotnostního spektrometru. Tento druh zařízení nemusí být okay dispozici v prostředí s nízkými zdroji, takže výzkumníci se rozhodli vyvinout senzory, které by bylo možné analyzovat snadněji a levněji pomocí čárových kódů DNA, které lze číst pomocí technologie CRISPR.
Aby tento přístup fungoval, museli vědci použít chemickou modifikaci zvanou fosforothioát okay ochraně cirkulujících čárových kódů reportérů DNA před rozpadem v krvi. Tato modifikace již byla použita ke zlepšení stability moderních RNA vakcín, což jim umožňuje přežít déle v těle.
Podobně jako u peptidových reportérů je každý čárový kód DNA připojen okay nanočástici linkerem, který může být štěpen specifickou proteázou. Pokud je tato proteáza přítomna, molekula DNA se uvolní a volně cirkuluje a nakonec skončí v moči. Professional tuto studii vědci použili dva různé typy nanočástic: jednu, částečku vyrobenou z polymerů, které byly schváleny FDA professional použití u lidí, a druhou „nanobody“ – fragment protilátky, který může být navržen tak, aby se hromadil při místo nádoru.
Jakmile jsou senzory vylučovány do moči, může být vzorek analyzován pomocí papírového proužku, který rozpoznává reportér, který je aktivován enzymem CRISPR zvaným Cas12a. Když je ve vzorku přítomen konkrétní čárový kód DNA, Cas12a zesílí signál, takže jej lze na papírovém testu vidět jako tmavý proužek.
Částice mohou být navrženy tak, aby nesly mnoho různých čárových kódů DNA, z nichž každý detekuje jiný typ proteázové aktivity, což umožňuje „multiplexní“ snímání. Použití většího počtu senzorů poskytuje zvýšení citlivosti i specifičnosti, což umožňuje testu snadněji rozlišit mezi typy nádorů.
Podpisy nemocí
Při testech na myších vědci ukázali, že panel pěti čárových kódů DNA dokáže přesně odlišit nádory, které nejprve vznikly v plicích, od nádorů tvořených buňkami kolorektálního karcinomu, které metastázovaly do plic.
„Naším cílem je vytvořit signatury onemocnění a zjistit, zda můžeme použít tyto p. s čárovým kódemanels nejen přečtou nemoc, ale také ji klasifikují nebo rozlišují různé typy rakoviny,“ říká Hao.
Professional použití u lidí vědci očekávají, že možná budou muset použít více než pět čárových kódů, protože mezi nádory pacientů existuje velká rozmanitost. Aby pomohli dosáhnout tohoto cíle, spolupracovali s výzkumníky z Broad Institute of MIT a Harvard vedených profesorem Harvardské univerzity Pardis Sabeti, aby vytvořili mikrofluidní čip, který lze použít ke čtení až 46 různých čárových kódů DNA z jednoho vzorku.
Tento druh testování by mohl být použit nejen professional detekci rakoviny, ale také professional měření toho, jak dobře nádor pacienta reaguje na léčbu a zda se po léčbě znovu objevil. Vědci nyní pracují na dalším vývoji částic s cílem otestovat je na lidech. Glympse Bio, společnost spoluzaložená Bhatia, provedla 1. fázi klinických zkoušek dřívější verze močových diagnostických částic a zjistila, že jsou professional pacienty bezpečné.
Kromě Bhatia, Hao a Sabeti jsou mezi spoluautory studie Renee T. Zhao, Nicole L. Welch, Edward Kah Wei Tan, Qian Zhong, Nour Saida Harzallah, Chayanon Ngambenjawong, Henry Ko a Heather E. Fleming.
Výzkum byl financován z podpory (základního) grantu Kochova institutu od Nationwide Most cancers Institute, grantu Core Heart od Nationwide Institute of Environmental Well being Sciences, Marble Heart for Most cancers Nanomedicína v Koch Institute, Koch Institute Frontier Analysis Program, Virginie a D.Okay. Ludwig Fund for Most cancers Analysis a Pathway to Independence Award od Nationwide Most cancers Institute.