2024 年 1 月 05 日

(NanowerkニュースMIT で開発された新技術を使用すると、肺がんの診断は、ナノ粒子センサーを吸入し、腫瘍の有無を明らかにする尿検査を受けるのと同じくらい簡単になる可能性があります。

主要な取り組み

この非侵襲的アプローチは、従来の CT スキャンの代替または補完として機能する可能性があり、高度な医療機器へのアクセスが制限されている地域では特に有益です。

この技術は肺内のがん関連タンパク質の検出に焦点を当てており、結果は簡単な紙のテストストリップで得られます。

肺がんの早期検出のために設計されたこの方法は、動物モデルで有望であることが示されており、間もなくヒトの臨床試験に進む可能性があります。

このイノベーションは、特に資源が少ない環境において、肺がんのスクリーニングと早期発見を大幅に改善する可能性を秘めています。

MIT のエンジニアは、エアロゾル化して吸入できる診断用粒子を設計しました。一番下は粒子の走査型電子顕微鏡写真で、肺のがん関連タンパク質と相互作用するナノセンサーでコーティングされている。 （画像：研究者提供）

リサーチ

新しい診断は、吸入器またはネブライザーによって送達できるナノセンサーに基づいています。センサーが肺内のがん関連タンパク質に遭遇すると、信号が生成され、尿中に蓄積され、簡単な紙のテストストリップで検出できます。 このアプローチは、肺がん診断の現在のゴールドスタンダードである低線量コンピューター断層撮影 (CT) に取って代わるか、補完する可能性があります。研究者らは、CTスキャナーが普及していない低・中所得国では特に重大な影響を与える可能性があるとしている。 「世界中の低所得国や中所得国では、がんがますます蔓延することになるでしょう。世界的な肺がんの疫学では、肺がんの原因は公害と喫煙であるため、こうした環境ではこの種のテクノロジーへのアクセスが大きな影響を与える可能性があることがわかっています」と、ジョン・アンド・ドロシー・ウィルソン保健科学教授のサンギータ・バティア氏は言う。 MIT で電気工学およびコンピュータ サイエンスの技術とコンピュータ サイエンスの博士号を取得し、MIT のコッホ統合癌研究所および医用工学科学研究所のメンバーです。 バティア氏は論文の上級著者であり、 科学の進歩 (「吸入可能なポイントオブケア尿路診断プラットフォーム」）。 MITの研究科学者Qian Zhong氏と元MIT博士研究員のEdward Tan氏がこの研究の筆頭著者である。

吸入可能な粒子

肺がんをできるだけ早期に診断できるよう、米国では 予防サービス特別委員会は、50 歳以上のヘビースモーカーに毎年 CT スキャンを受けることを推奨しています。 ただし、この対象グループの全員がこれらのスキャンを受けられるわけではなく、スキャンの偽陽性率が高いため、不必要で侵襲的な検査が行われる可能性があります。 バティア氏は過去 10 年間、がんやその他の病気の診断に使用するナノセンサーの開発に費やしており、今回の研究で彼女と同僚は、肺がんの CT スクリーニングに代わるより利用しやすい代替手段としてナノセンサーを使用できる可能性を検討しました。 これらのセンサーは、DNA バーコードなどのレポーターでコーティングされたポリマー ナノ粒子で構成されており、センサーがプロテアーゼと呼ばれる酵素に遭遇すると粒子から切断されますが、この酵素は腫瘍内で過剰に活性化することがよくあります。 これらのレポーターは最終的に尿中に蓄積し、体外に排泄されます。 以前のバージョンのセンサーは、肝臓や卵巣など他のがん部位を標的としていたが、静脈内に投与するように設計されていた。 肺がんの診断のために、研究者らは、より少ないリソース設定での展開を容易にする、吸入可能なバージョンを作成したいと考えていました。 「この技術を開発したときの目標は、高い特異性と感度でがんを検出できる方法を提供し、アクセシビリティの閾値を下げることで、肺がんの早期発見における資源の格差と不公平を改善できることを願っています。 」と鍾さんは言います。 それを達成するために、研究者らは粒子の 2 つの製剤を作成しました。1 つはエアロゾル化してネブライザーで送達できる溶液、もう 1 つは吸入器で送達できる乾燥粉末です。 粒子が肺に到達すると、組織に吸収され、そこで存在する可能性のあるプロテアーゼに遭遇します。 ヒト細胞は何百もの異なるプロテアーゼを発現することができ、その一部は腫瘍内で過剰に活性化し、細胞外マトリックスのタンパク質を切断することでがん細胞が元の場所から逃げるのを助けます。 これらの癌性プロテアーゼはセンサーから DNA バーコードを切断し、バーコードが尿中に排泄されるまで血流中を循環できるようにします。 この技術の以前のバージョンでは、研究者らは質量分析計を使用して尿サンプルを分析し、DNA バーコードを検出していました。 ただし、質量分析には資源の少ない地域では利用できない可能性のある機器が必要であるため、このバージョンでは、研究者らは紙のテストストリップを使用してバーコードを検出できるラテラルフローアッセイを作成しました。 研究者らは、それぞれが異なるプロテアーゼの存在を示す、最大 4 つの異なる DNA バーコードを検出できるようにストリップを設計しました。 尿サンプルの前処理や処理は必要なく、サンプル採取後約 20 分で結果を読み取ることができます。

正確な診断

研究者らは、人間で見られるものと同様の肺腫瘍を発症するように遺伝子操作されたマウスで診断システムをテストした。センサーは、腫瘍が形成され始めてから 7.5 週間後に投与されました。この時点は、ヒトにおけるステージ 1 または 2 のがんと相関すると思われます。 マウスを使った最初の実験では、研究者らは、さまざまなプロテアーゼを検出するように設計された20種類のセンサーのレベルを測定した。研究者らは、機械学習アルゴリズムを使用してこれらの結果を分析し、正確な診断結果が得られると予測されるわずか 1 つのセンサーの組み合わせを特定しました。次に、その組み合わせをマウスモデルでテストしたところ、初期段階の肺腫瘍を正確に検出できることがわかりました。 人間に使用する場合、正確な診断を行うにはさらに多くのセンサーが必要になる可能性があるが、それぞれが XNUMX つの異なる DNA バーコードを検出する複数の紙片を使用することで実現できる可能性がある、と研究者らは述べている。 研究者らは現在、人間の生検サンプルを分析して、使用しているセンサーパネルが人間のがんの検出にも機能するかどうかを確認することを計画している。長期的には、人間の患者を対象とした臨床試験を実施したいと考えている。サンバード・バイオと呼ばれる企業は、肝臓がんや非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）として知られる肝炎の一種の診断に使用するために、バティア氏の研究室が開発した同様のセンサーの第XNUMX相試験をすでに実施している。 CT スキャンへのアクセスが限られている世界の一部の地域では、この技術は、特に XNUMX 回の来院で結果が得られるため、肺がんスクリーニングに劇的な改善をもたらす可能性があります。 「アイデアとしては、あなたが来院すれば、追跡検査が必要かどうかの答えが得られるということです。そうすれば、初期の病変を持つ患者をこのシステムに参加させて、治癒手術や救命薬を受けられるようにすることができます。」バティアさんは言う。

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64355.php