위험군에서 폐암을 진단하기 위한 최적의 표준 기술인 저선량 CT는 임상 시험에서 폐암 사망을 20~25% 줄였습니다. 그러나 자원이 부족한 환경에서는 이 선별 기술에 대한 접근이 제한되어 해당 지역에서 폐암 사망률이 불균형적으로 높아질 수 있습니다. 매사추세츠 공과대학 연구원(MIT)는 나노입자 센서 흡입을 기반으로 한 간단한 테스트를 개발하여 폐암 조기 발견의 이러한 불평등을 해결하기를 희망합니다.
에 설명된 새로운 선별 검사 과학의 발전는 활동 기반 나노센서(ABN)의 세 가지 모듈을 통합한 PATROL이라는 바늘 없는 진단 플랫폼입니다. 휴대용 흡입 장치; 다중화 가능한 종이 기반 측면 흐름 분석(LFA)이 있습니다.
ABN은 펩타이드 기질을 통해 합성 DNA 바코드와 같은 리포터와 결합된 폴리머 나노입자로 만들어집니다. 예측력이 높은 최소한의 프로브 세트를 식별하기 위해 연구진은 암 관련 프로테아제에 노출되면 절단되는 후보 펩타이드 라이브러리를 조사했습니다. 그들은 잠재적인 나노센서로 20개의 펩타이드를 선택하고 정확한 진단 결과를 제공할 가능성이 있는 XNUMX개의 ABN 조합을 확인하기 위해 쥐를 대상으로 테스트를 수행했습니다.
선별 검사를 받기 위해 환자는 폐에 침착을 최적화하기 위해 미크론 크기의 에어로졸로 제형화된 ABN을 흡입합니다. 이러한 나노센서가 폐암 관련 프로테아제와 같은 암 바이오마커를 만나면 DNA 바코드가 입자에서 절단되어 순환계로 방출되어 결국 소변에 집중됩니다. 그런 다음 LFA 기반 소변 검사를 사용하여 이러한 리포터를 감지할 수 있습니다.
복잡한 실험실 장비 없이 소변 샘플을 신속하게 분석하기 위해 팀은 실온에서 단일 종이 스트립에 있는 4개의 서로 다른 DNA 바코드를 정량화할 수 있는 LFA를 개발했습니다. 그리고 나노센서는 분무기나 휴대용 흡입기를 사용하여 전달되므로 환자는 집에서 PATROL 테스트를 자가 관리할 수 있습니다.
“우리는 이 분석을 자원이 적은 환경에서 현장 진료가 가능하도록 추진하고 있었기 때문에 샘플 처리나 증폭을 수행하지 않고 단지 종이에 바로 샘플을 넣을 수 있도록 하는 것이 아이디어였습니다. 20분 안에 읽어보세요.” 선임 저자의 말입니다. 산 가타 바 티아 언론 발표문에서
연구원들은 PATROL이 CT 스캐너를 널리 보급하지 못한 저소득 및 중간 소득 국가에 특히 중요한 영향을 미칠 수 있다고 지적합니다. 공동저자는 “우리의 목표는 높은 특이도와 민감도로 암을 발견할 수 있는 방법을 제공하고, 접근성에 대한 문턱을 낮추어 폐암 조기 발견의 자원 격차와 불평등을 개선할 수 있는 방법을 제공하는 것”이라고 덧붙였다. 종 치안.
생체 내 평가
연구진은 종양이 형성되기 시작한 지 7.5주 후에 동물을 검사하여 나노센서가 쥐의 폐암을 감지할 수 있는지 여부를 테스트했습니다(인간의 1기 또는 2기 암과 관련이 있을 가능성이 있음). 그들은 건조 분말 흡입기가 인간에게는 우수한 심폐 침착을 제공하지만 호흡으로 작동되며 설치류에게는 적합하지 않다고 지적합니다. 대신에 그들은 쥐를 흡입탑에 놓고 분무된 나노센서에 노출시켰습니다.
ABN 흡입 2시간 후, 연구진은 동물로부터 소변 샘플을 수집하고 질량 분석기를 사용하여 리포터의 수량을 측정했습니다. 그들은 종양 미세 환경에 노출된 기질이 DNA 바코드를 순환계로 내보내고, 4명의 리포터 모두의 소변 신호가 종양이 있는 쥐와 건강한 쥐 사이에서 다르다는 것을 발견했습니다. 감독되지 않은 알고리즘 방법을 사용하면 모든 종양 보유 쥐를 건강한 쥐와 구별할 수 있었습니다.
그들은 흡입 가능한 ABN이 "생쥐 자가 폐 선암종의 조기 발견을 위한 강력한 힘을 입증한다"고 결론지었습니다.
흡입 및 감지
마지막으로 연구원들은 전체 "흡입 및 감지" PATROL 플랫폼의 성능을 테스트했습니다. 그들은 직경이 약 15 nm인 DNA 코딩 ABN을 합성하고 동일한 폐암 마우스 모델과 분무기 전달을 사용하여 LFA를 사용하여 요로 DNA 리포터 검출을 검증했습니다.
각 바코드의 소변 농도를 비교하면 건강한 쥐와 암 보유 쥐 사이에서 보고된 프로브 중 3개(4번째는 아님)의 절단에 상당한 차이가 있음이 드러났습니다. LFA로 검출된 소변 판독값은 질량 분광학 측정과 유사한 신호 대 잡음 비율을 보여주었습니다. 다시 말해, 비지도 클러스터링 알고리즘은 초기 폐암이 있는 모든 생쥐를 분류할 수 있습니다.
ROC(수신기 작동 특성) 분석에 따르면 프로브 중 0.82개는 ROC 곡선 아래 면적(AUC) 값이 0.88, 0.85 및 0.93인 유능한 단일 분류자 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 100개의 프로브를 결합하면 AUC가 75.2으로 증가했습니다. XNUMX% 특이성으로 LFA는 micro-CT와 비슷한 XNUMX%의 민감도로 DNA 리포터를 감지했습니다.
폐암 검진으로 장기 생존율 획기적으로 증가
연구팀은 또한 흡입 가능한 ABN의 안전성 프로필을 조사한 결과, 분무를 통해 단일 용량의 ABN을 전달한 후 7일 동안 생쥐에서 일반적인 독성이나 혈관계 막힘을 확인하지 못했습니다.
연구진은 "총체적으로 PATROL은 초기 단계에서 민감하고 구체적인 폐암 발견을 달성할 뿐만 아니라 자원이 제한된 환경에서 쉽게 배포할 수 있다는 점에서 큰 임상적 잠재력을 가지고 있습니다"라고 결론지었습니다. 다음으로 그들은 인간의 생검 샘플을 분석하여 센서 패널이 인간의 암도 감지할 수 있는지 확인하고 인간 환자를 대상으로 한 임상 실험을 진행할 계획입니다.
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- 출처: https://physicsworld.com/a/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening/
