Καρκίνος πνεύμονα: Έγκαιρη ανίχνευση μέσα σε 20' με εισπνεόμενους αισθητήρες!
Το νέο διαγνωστικό εργαλείο, το οποίο απαιτεί μόνο μια απλή εξέταση ούρων για την ανάγνωση των αποτελεσμάτων, θα μπορούσε να καταστήσει τον προσυμπτωματικό έλεγχο του καρκίνου του πνεύμονα πιο προσιτό παγκοσμίως.
Χρησιμοποιώντας μια νέα τεχνολογία που αναπτύχθηκε στο MIT, η διάγνωση του καρκίνου του πνεύμονα θα μπορούσε να γίνει τόσο εύκολη όσο η απλή εισπνοή αισθητήρων νανοσωματιδίων και στη συνέχεια η εξέταση ούρων που αποκαλύπτει εάν υπάρχει όγκος.
Το νέο διαγνωστικό εργαλείο βασίζεται σε νανοαισθητήρες που μπορούν να εισέλθουν στο σώμα με συσκευή εισπνοής ή νεφελοποιητή. Εάν οι αισθητήρες συναντήσουν πρωτεΐνες που συνδέονται με τον καρκίνο στους πνεύμονες, παράγουν ένα σήμα που συσσωρεύεται στα ούρα, το οποίο εν συνεχεία μπορεί να ανιχνευθεί με μια απλή χάρτινη δοκιμαστική ταινία.
Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε ενδεχομένως να αντικαταστήσει ή να συμπληρώσει το τρέχον χρυσό πρότυπο για τη διάγνωση του καρκίνου του πνεύμονα: την αξονική τομογραφία χαμηλής δόσης (CT). Θα μπορούσε να έχει ιδιαίτερα σημαντικό αντίκτυπο σε χώρες χαμηλού και μεσαίου εισοδήματος που δεν έχουν ευρεία διαθεσιμότητα αξονικών τομογράφων, λένε οι ερευνητές.
“Σε όλον τον κόσμο, ο καρκίνος θα γίνεται όλο και πιο διαδεδομένος σε χώρες χαμηλού και μεσαίου εισοδήματος. Η επιδημιολογία του καρκίνου του πνεύμονα παγκοσμίως είναι ότι προκαλείται από τη ρύπανση και το κάπνισμα, επομένως γνωρίζουμε ότι η πρόσβαση σε αυτό το είδος τεχνολογίας θα μπορούσε να έχει μεγάλο αντίκτυπο”, είπε η επικεφαλής ερευνήτρια, δρ. Sangeeta Bhatia, καθηγήτρια Επιστημών Υγείας και Τεχνολογίας και Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών στο MIT, και μέλος του Ινστιτούτου Koch του MIT για την Ολοκληρωμένη Έρευνα Καρκίνου και του Ινστιτούτου Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης.
Εκτός από τη δρ. Bhatia, ο Qian Zhong, ένας ερευνητής του MIT, και ο Edward Tan, πρώην μεταδιδάκτορας του MIT, είναι οι κύριοι συγγραφείς της μελέτης.
Οι μηχανικοί του MIT έχουν σχεδιάσει διαγνωστικά σωματίδια που μπορούν να εισπνευστούν σε μορφή αεροζόλ. Στο κάτω μέρος υπάρχει μια ηλεκτρονική μικρογραφία σάρωσης των σωματιδίων, τα οποία είναι επικαλυμμένα με νανοαισθητήρες που αλληλεπιδρούν με πρωτεΐνες οι οποίες σχετίζονται με τον καρκίνο στους πνεύμονες.
Πώς τα εισπνεόμενα σωματίδια ανιχνεύουν τον καρκίνο του πνεύμονα
Οι ειδικοί συνιστούν στους βαρείς καπνιστές ηλικίας άνω των 50 ετών να υποβάλλονται σε ετήσια αξονική τομογραφία. Ωστόσο, κάτι τέτοιο σπανίως τηρείται, ενώ και το υψηλό ποσοστό ψευδώς θετικών σαρώσεων μπορεί να οδηγήσει σε περιττές, επεμβατικές εξετάσεις.
Η δρ. Bhatia πέρασε την τελευταία δεκαετία αναπτύσσοντας νανοαισθητήρες για χρήση στη διάγνωση καρκίνου και άλλων ασθενειών. Σε αυτήν την μελέτη, εκείνη και οι συνάδελφοί της διερεύνησαν τη δυνατότητα χρήσης τους ως μια πιο προσιτή εναλλακτική λύση στον έλεγχο για καρκίνο του πνεύμονα με αξονική τομογραφία.
Αυτοί οι αισθητήρες αποτελούνται από νανοσωματίδια πολυμερούς επικαλυμμένα με έναν “αντιδραστήρα”, όπως έναν γραμμωτό κώδικα DNA, που αποκόπτεται από το σωματίδιο όταν ο αισθητήρας συναντά ένζυμα (πρωτεάσες), τα οποία είναι συχνά υπερδραστικά στους όγκους. Αυτοί οι αντιδραστήρες συσσωρεύονται στα ούρα και αποβάλλονται από το σώμα.
Προηγούμενες εκδόσεις των αισθητήρων, που στόχευαν άλλες καρκινικές τοποθεσίες (ήπαρ, ωοθήκες), σχεδιάστηκαν για να χορηγούνται ενδοφλεβίως. Για τη διάγνωση του καρκίνου του πνεύμονα, οι ερευνητές ήθελαν να δημιουργήσουν μια έκδοση που θα μπορούσε να εισπνευστεί.
“Όταν αναπτύξαμε αυτήν την τεχνολογία, στόχος μας ήταν να παρέχουμε μια μέθοδο που μπορεί να ανιχνεύσει τον καρκίνο με υψηλή ειδικότητα και ευαισθησία, και επίσης να μειώσει το όριο προσβασιμότητας, ώστε να μπορούμε να βελτιώσουμε την ανισότητα στην έγκαιρη ανίχνευση του καρκίνου του πνεύμονα”, είπε ο Zhong.
Για να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές δημιούργησαν δύο σκευάσματα για την χορήγηση των σωματιδίων:
- ένα διάλυμα που μπορεί να γίνει αεροζόλ και να χορηγηθεί με νεφελοποιητή και
- μια ξηρή σκόνη που μπορεί να χορηγηθεί με συσκευή εισπνοής
Μόλις τα σωματίδια φτάσουν στους πνεύμονες, απορροφώνται στον ιστό, όπου συναντούν τυχόν πρωτεάσες που μπορεί να υπάρχουν. Τα ανθρώπινα κύτταρα μπορούν να εκφράσουν εκατοντάδες διαφορετικές πρωτεάσες και μερικές από αυτές είναι υπερδραστήριες σε όγκους, όπου βοηθούν τα καρκινικά κύτταρα να ξεφύγουν από τις αρχικές τους θέσεις κόβοντας τις πρωτεΐνες της εξωκυτταρικής μήτρας. Αυτές οι καρκινικές πρωτεάσες αποκόπτουν τους γραμμωτούς κώδικες DNA από τους αισθητήρες, επιτρέποντας σε αυτούς στους γραμμωτούς κώδικες να περάσουν στην κυκλοφορία του αίματος μέχρι να απεκκριθούν στα ούρα.
Στις προηγούμενες εκδόσεις αυτής της τεχνολογίας, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φασματομετρία μάζας για να αναλύσουν το δείγμα ούρων και να ανιχνεύσουν γραμμικούς κώδικες DNA. Ωστόσο, η φασματομετρία μάζας απαιτεί εξοπλισμό που μπορεί να μην είναι διαθέσιμος σε περιοχές/χώρες με χαμηλούς πόρους. Επομένως, γι' αυτήν την έκδοση, δημιούργησαν ένα τελικό τεστ, που επιτρέπει την ανίχνευση των γραμμωτών κωδικών σε μια χάρτινη δοκιμαστική ταινία.
Οι ερευνητές σχεδίασαν την ταινία για να ανιχνεύει έως και τέσσερις διαφορετικούς γραμμωτούς κώδικες DNA, καθένας από τους οποίους υποδηλώνει την παρουσία διαφορετικής πρωτεάσης. Δεν απαιτείται προεπεξεργασία ή επεξεργασία του δείγματος ούρων και τα αποτελέσματα μπορούν να διαβαστούν μόλις 20 λεπτά μετά την λήψη του δείγματος.
Ακριβής διάγνωση του καρκίνου με αυτήν την μέθοδο
Οι ερευνητές δοκίμασαν το νέο διαγνωστικό εργαλείο σε γενετικά τροποποιημένα ποντίκια, ώστε να αναπτύσσουν όγκους στους πνεύμονες παρόμοιους με εκείνους που παρατηρούνται στον άνθρωπο. Οι αισθητήρες χορηγήθηκαν 7,5 εβδομάδες αφότου άρχισαν να σχηματίζονται οι όγκοι, ένα χρονικό σημείο που ομοιάζει με το στάδιο 1 ή 2 του καρκίνου στους ανθρώπους.
Στο πρώτο σετ πειραμάτων σε ποντίκια, οι ερευνητές μέτρησαν τα επίπεδα 20 διαφορετικών αισθητήρων που έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν διαφορετικές πρωτεάσες. Χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης για την ανάλυση αυτών των αποτελεσμάτων, εντόπισαν έναν συνδυασμό μόλις τεσσάρων αισθητήρων που προβλεπόταν να δώσει ακριβή διαγνωστικά αποτελέσματα. Στη συνέχεια δοκίμασαν αυτόν τον συνδυασμό στα μοντέλο ποντικιών και διαπίστωσαν ότι μπορούσε να ανιχνεύσει με ακρίβεια όγκους πνευμόνων σε πρώιμο στάδιο.
Για χρήση σε ανθρώπους, είναι πιθανό να χρειαστούν περισσότεροι αισθητήρες για να γίνει ακριβής διάγνωση, αλλά αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί απλά με τη χρήση πολλαπλών ταινιών ανίχνευσης, καθεμία από τις οποίες θα ανιχνεύει τέσσερις διαφορετικούς γραμμωτούς κώδικες DNA, λένε οι ερευνητές.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να αναλύσουν δείγματα ανθρώπινης βιοψίας για να δουν εάν τα πάνελ αισθητήρων που χρησιμοποιούν θα λειτουργούσαν επίσης για την ανίχνευση ανθρώπινων καρκίνων. Μακροπρόθεσμα, ελπίζουν να πραγματοποιήσουν κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους ασθενείς.
Σε μέρη του κόσμου όπου υπάρχει περιορισμένη πρόσβαση στην αξονική τομογραφία, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να προσφέρει δραματική βελτίωση στον προσυμπτωματικό έλεγχο του καρκίνου του πνεύμονα, ειδικά επειδή τα αποτελέσματα μπορούν να ληφθούν κατά τη διάρκεια μιας μόνο επίσκεψης.
Πηγή: mit.edu