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इनहेलेबल नैनोसेंसर फेफड़ों के कैंसर का शीघ्र पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं

प्लेटो द्वारा पुनर्प्रकाशित
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जनवरी 05, 2024

(नानावरक न्यूज़) एमआईटी में विकसित एक नई तकनीक का उपयोग करके, फेफड़ों के कैंसर का निदान करना उतना आसान हो सकता है जितना नैनोकण सेंसर को अंदर लेना और फिर मूत्र परीक्षण करना जिससे पता चलता है कि ट्यूमर मौजूद है या नहीं।

चाबी छीन लेना

  • यह गैर-आक्रामक दृष्टिकोण पारंपरिक सीटी स्कैन के विकल्प या पूरक के रूप में काम कर सकता है, विशेष रूप से उन्नत चिकित्सा उपकरणों तक सीमित पहुंच वाले क्षेत्रों में फायदेमंद है।
  • यह तकनीक फेफड़ों में कैंसर से जुड़े प्रोटीन का पता लगाने पर केंद्रित है, जिसके परिणाम एक साधारण पेपर परीक्षण पट्टी के माध्यम से प्राप्त किए जा सकते हैं।
  • प्रारंभिक चरण के फेफड़ों के कैंसर का पता लगाने के लिए डिज़ाइन की गई इस पद्धति ने पशु मॉडल में आशाजनक प्रदर्शन किया है और जल्द ही मानव नैदानिक ​​​​परीक्षणों में आगे बढ़ सकती है।
  • यह नवाचार फेफड़ों के कैंसर की जांच और शीघ्र पता लगाने में उल्लेखनीय सुधार करने की क्षमता रखता है, खासकर कम संसाधन वाली सेटिंग्स में।
    • डायग्नोस्टिक कण जिन्हें एरोसोलाइज किया जा सकता है और साँस के जरिए अंदर लिया जा सकता है एमआईटी इंजीनियरों ने ऐसे डायग्नोस्टिक कण डिजाइन किए हैं जिन्हें एरोसोलाइज किया जा सकता है और सांस के जरिए अंदर लिया जा सकता है। नीचे कणों का एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ है, जो नैनोसेंसर से लेपित है जो फेफड़ों में कैंसर से जुड़े प्रोटीन के साथ बातचीत करता है। (छवि: शोधकर्ताओं के सौजन्य से)

    अनुसंधान

    नया डायग्नोस्टिक नैनोसेंसर पर आधारित है जिसे इनहेलर या नेब्युलाइज़र द्वारा वितरित किया जा सकता है। यदि सेंसर फेफड़ों में कैंसर से जुड़े प्रोटीन का सामना करते हैं, तो वे एक संकेत उत्पन्न करते हैं जो मूत्र में जमा हो जाता है, जहां इसे एक साधारण पेपर परीक्षण पट्टी से पता लगाया जा सकता है। यह दृष्टिकोण संभावित रूप से फेफड़ों के कैंसर के निदान के लिए मौजूदा स्वर्ण मानक, कम खुराक वाली कंप्यूटेड टोमोग्राफी (सीटी) को प्रतिस्थापित या पूरक कर सकता है। शोधकर्ताओं का कहना है कि निम्न और मध्यम आय वाले देशों में इसका विशेष रूप से महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है, जहां सीटी स्कैनर की व्यापक उपलब्धता नहीं है। “दुनिया भर में, निम्न और मध्यम आय वाले देशों में कैंसर अधिक से अधिक प्रचलित होता जा रहा है। विश्व स्तर पर फेफड़ों के कैंसर की महामारी विज्ञान यह है कि यह प्रदूषण और धूम्रपान से प्रेरित है, इसलिए हम जानते हैं कि ये ऐसी सेटिंग्स हैं जहां इस तरह की तकनीक तक पहुंच एक बड़ा प्रभाव डाल सकती है, ”जॉन और डोरोथी विल्सन स्वास्थ्य विज्ञान की प्रोफेसर संगीता भाटिया कहती हैं। एमआईटी में प्रौद्योगिकी और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान, और एमआईटी के कोच इंस्टीट्यूट फॉर इंटीग्रेटिव कैंसर रिसर्च और इंस्टीट्यूट फॉर मेडिकल इंजीनियरिंग एंड साइंस के सदस्य। भाटिया उस पेपर के वरिष्ठ लेखक हैं, जो इसमें छपता है विज्ञान अग्रिम ("इनहेलेबल पॉइंट-ऑफ़-केयर यूरिनरी डायग्नोस्टिक प्लेटफ़ॉर्म"). कियान झोंग, एक एमआईटी अनुसंधान वैज्ञानिक, और एडवर्ड टैन, एक पूर्व एमआईटी पोस्टडॉक, अध्ययन के प्रमुख लेखक हैं।

    साँस लेने योग्य कण

    फेफड़ों के कैंसर का यथाशीघ्र निदान करने में मदद के लिए, यू.एस प्रिवेंटिव सर्विसेज टास्क फोर्स की सिफारिश है कि 50 वर्ष से अधिक उम्र के भारी धूम्रपान करने वालों को वार्षिक सीटी स्कैन कराना चाहिए। हालाँकि, इस लक्ष्य समूह में हर किसी को ये स्कैन प्राप्त नहीं होते हैं, और स्कैन की उच्च झूठी-सकारात्मक दर अनावश्यक, आक्रामक परीक्षणों को जन्म दे सकती है। भाटिया ने कैंसर और अन्य बीमारियों के निदान में उपयोग के लिए नैनोसेंसर विकसित करने में पिछला दशक बिताया है, और इस अध्ययन में, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने फेफड़ों के कैंसर के लिए सीटी स्क्रीनिंग के अधिक सुलभ विकल्प के रूप में उनका उपयोग करने की संभावना का पता लगाया है। इन सेंसरों में एक डीएनए बारकोड जैसे रिपोर्टर के साथ लेपित बहुलक नैनोकण होते हैं, जो कण से अलग हो जाते हैं जब सेंसर प्रोटीज नामक एंजाइम का सामना करता है, जो अक्सर ट्यूमर में अति सक्रिय होते हैं। वे पत्रकार अंततः मूत्र में जमा हो जाते हैं और शरीर से बाहर निकल जाते हैं। सेंसर के पिछले संस्करण, जो यकृत और अंडाशय जैसी अन्य कैंसर साइटों को लक्षित करते थे, उन्हें अंतःशिरा रूप से दिए जाने के लिए डिज़ाइन किया गया था। फेफड़ों के कैंसर के निदान के लिए, शोधकर्ता एक ऐसा संस्करण बनाना चाहते थे जिसे साँस के जरिए लिया जा सके, जिससे कम संसाधन सेटिंग्स में तैनात करना आसान हो सके। "जब हमने इस तकनीक को विकसित किया, तो हमारा लक्ष्य एक ऐसी विधि प्रदान करना था जो उच्च विशिष्टता और संवेदनशीलता के साथ कैंसर का पता लगा सके, और पहुंच की सीमा को भी कम कर सके, ताकि उम्मीद है कि हम फेफड़ों के कैंसर का शीघ्र पता लगाने में संसाधन असमानता और असमानता में सुधार कर सकें।" झोंग कहते हैं। इसे प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपने कणों के दो फॉर्मूलेशन बनाए: एक समाधान जिसे एयरोसोलाइज़ किया जा सकता है और नेब्युलाइज़र के साथ वितरित किया जा सकता है, और एक सूखा पाउडर जिसे इनहेलर का उपयोग करके वितरित किया जा सकता है। एक बार जब कण फेफड़ों तक पहुंच जाते हैं, तो वे ऊतक में अवशोषित हो जाते हैं, जहां उनका सामना किसी भी प्रोटीज़ से होता है जो मौजूद हो सकता है। मानव कोशिकाएं सैकड़ों अलग-अलग प्रोटीज़ को व्यक्त कर सकती हैं, और उनमें से कुछ ट्यूमर में अति सक्रिय होते हैं, जहां वे बाह्य मैट्रिक्स के प्रोटीन को काटकर कैंसर कोशिकाओं को उनके मूल स्थान से भागने में मदद करते हैं। ये कैंसरग्रस्त प्रोटीज सेंसर से डीएनए बारकोड को तोड़ देते हैं, जिससे बारकोड रक्तप्रवाह में तब तक प्रसारित होते रहते हैं जब तक कि वे मूत्र में उत्सर्जित न हो जाएं। इस तकनीक के पुराने संस्करणों में, शोधकर्ताओं ने मूत्र के नमूने का विश्लेषण करने और डीएनए बारकोड का पता लगाने के लिए मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग किया था। हालाँकि, मास स्पेक्ट्रोमेट्री के लिए ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो कम संसाधन वाले क्षेत्रों में उपलब्ध नहीं हो सकते हैं, इसलिए इस संस्करण के लिए, शोधकर्ताओं ने एक पार्श्व प्रवाह परख बनाई, जो पेपर परीक्षण पट्टी का उपयोग करके बारकोड का पता लगाने की अनुमति देती है। शोधकर्ताओं ने चार अलग-अलग डीएनए बारकोड का पता लगाने के लिए पट्टी को डिज़ाइन किया, जिनमें से प्रत्येक एक अलग प्रोटीज़ की उपस्थिति को इंगित करता है। मूत्र के नमूने का कोई पूर्व-उपचार या प्रसंस्करण आवश्यक नहीं है, और नमूना प्राप्त होने के लगभग 20 मिनट बाद परिणाम पढ़ा जा सकता है।

    सटीक निदान

    शोधकर्ताओं ने चूहों पर अपनी निदान प्रणाली का परीक्षण किया जो आनुवंशिक रूप से मनुष्यों में देखे गए फेफड़ों के ट्यूमर के समान विकसित करने के लिए इंजीनियर किया गया है। ट्यूमर बनना शुरू होने के 7.5 सप्ताह बाद सेंसर लगाए गए, एक समय बिंदु जो संभवतः मनुष्यों में चरण 1 या 2 कैंसर से संबंधित होगा। चूहों पर प्रयोगों के अपने पहले सेट में, शोधकर्ताओं ने विभिन्न प्रोटीज का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किए गए 20 अलग-अलग सेंसर के स्तर को मापा। उन परिणामों का विश्लेषण करने के लिए मशीन लर्निंग एल्गोरिदम का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने केवल चार सेंसरों के संयोजन की पहचान की, जिनके सटीक निदान परिणाम देने की भविष्यवाणी की गई थी। फिर उन्होंने माउस मॉडल में उस संयोजन का परीक्षण किया और पाया कि यह प्रारंभिक चरण के फेफड़ों के ट्यूमर का सटीक पता लगा सकता है। शोधकर्ताओं का कहना है कि मनुष्यों में उपयोग के लिए, यह संभव है कि सटीक निदान करने के लिए अधिक सेंसर की आवश्यकता हो, लेकिन इसे कई पेपर स्ट्रिप्स का उपयोग करके हासिल किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक चार अलग-अलग डीएनए बारकोड का पता लगाता है। शोधकर्ता अब मानव बायोप्सी नमूनों का विश्लेषण करने की योजना बना रहे हैं ताकि यह देखा जा सके कि वे जिन सेंसर पैनल का उपयोग कर रहे हैं वे मानव कैंसर का पता लगाने के लिए भी काम करेंगे। लंबी अवधि में, वे मानव रोगियों पर नैदानिक ​​​​परीक्षण करने की उम्मीद करते हैं। सनबर्ड बायो नामक कंपनी ने लीवर कैंसर और नॉनअल्कोहलिक स्टीटोहेपेटाइटिस (एनएएसएच) के रूप में जाने जाने वाले हेपेटाइटिस के एक रूप के निदान में उपयोग के लिए भाटिया की प्रयोगशाला द्वारा विकसित एक समान सेंसर पर चरण 1 परीक्षण पहले ही चला लिया है। दुनिया के उन हिस्सों में जहां सीटी स्कैनिंग की पहुंच सीमित है, यह तकनीक फेफड़ों के कैंसर की जांच में नाटकीय सुधार ला सकती है, खासकर जब से परिणाम एक ही दौरे के दौरान प्राप्त किए जा सकते हैं। "विचार यह होगा कि आप अंदर आएं और फिर आपको इस बारे में उत्तर मिलेगा कि आपको अनुवर्ती परीक्षण की आवश्यकता है या नहीं, और हम उन रोगियों को ला सकते हैं जिनके सिस्टम में शुरुआती घाव हैं ताकि उन्हें उपचारात्मक सर्जरी या जीवनरक्षक दवाएं मिल सकें।" भाटिया कहते हैं.
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