Lage dosis CT, de gouden standaardtechniek voor het diagnosticeren van longkanker bij risicogroepen, heeft in klinische onderzoeken het aantal sterfgevallen door longkanker met 20-25% verminderd. De toegang tot deze screeningtechnologie kan echter beperkt zijn in omgevingen met weinig middelen, wat in dergelijke regio’s kan leiden tot een onevenredig hoge sterfte aan longkanker. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hopen deze ongelijkheid bij de vroege detectie van longkanker aan te pakken met de ontwikkeling van een eenvoudige test gebaseerd op het inademen van nanodeeltjessensoren.
De nieuwe screeningstest, beschreven in Wetenschap Advances, is een naaldvrij diagnostisch platform genaamd PATROL dat drie modules integreert: op activiteiten gebaseerde nanosensoren (ABN's); een draagbare inhalatie-eenheid; en een multiplexbare, op papier gebaseerde laterale flowtest (LFA).
De ABN's zijn gemaakt van polymere nanodeeltjes gekoppeld aan reporters, zoals synthetische DNA-barcodes, via peptidesubstraten. Om een minimale set probes met een hoog voorspellend vermogen te identificeren, onderzochten de onderzoekers een bibliotheek van kandidaat-peptiden die worden gesplitst bij blootstelling aan kankergeassocieerde proteasen. Ze selecteerden twintig peptiden als potentiële nanosensoren en voerden tests uit bij muizen om een combinatie van vier ABN's te identificeren die waarschijnlijk nauwkeurige diagnostische resultaten zouden opleveren.
Om een screeningstest te ondergaan, inhaleert de patiënt de ABN's, die zijn geformuleerd in aërosolen van microngrootte om de afzetting in de longen te optimaliseren. Als deze nanosensoren kankerbiomarkers tegenkomen, zoals longkanker-geassocieerde proteasen, worden de DNA-barcodes van het deeltje afgesplitst en in de bloedsomloop vrijgegeven, waar ze zich uiteindelijk in de urine concentreren. Deze reporters kunnen vervolgens worden gedetecteerd met behulp van een op LFA gebaseerde urinetest.
Om urinemonsters snel te analyseren zonder de noodzaak van complexe laboratoriumapparatuur, ontwikkelde het team LFA's die de vier verschillende DNA-barcodes op een enkele papieren strook bij kamertemperatuur kunnen kwantificeren. En omdat de nanosensoren worden toegediend met behulp van een vernevelaar of draagbare inhalator, kunnen patiënten de PATROL-test zelf thuis uitvoeren.
“We hebben er echt op aangedrongen dat deze test een point-of-care zou zijn in een omgeving met weinig middelen, dus het idee was om geen enkele monsterverwerking uit te voeren, geen amplificatie uit te voeren, gewoon om het monster precies op het papier te kunnen zetten. en lees het in 20 minuten uit”, zegt senior auteur Sangeeta Bhatia In een persverklaring.
De onderzoekers merken op dat PATROL een bijzonder significante impact zou kunnen hebben in lage- en middeninkomenslanden die niet over een wijdverbreide beschikbaarheid van CT-scanners beschikken. “Ons doel was om een methode te bieden die kanker met een hoge specificiteit en gevoeligheid kan detecteren, en ook de drempel voor toegankelijkheid kan verlagen, zodat we hopelijk de ongelijkheid in middelen en ongelijkheid bij de vroege detectie van longkanker kunnen verbeteren”, voegt co-hoofdauteur toe. Qian Zhong.
In vivo beoordeling
De onderzoekers testten of de nanosensoren longkanker bij muizen kunnen detecteren, waarbij ze dieren onderzochten 7.5 weken nadat de tumoren zich begonnen te vormen (waarschijnlijk correlerend met stadium 1 of 2 kanker bij mensen). Ze merken op dat droge poederinhalatoren weliswaar een superieure afzetting in de diepe longen bij mensen bieden, maar dat ze door de adem worden geactiveerd en niet geschikt zijn voor knaagdieren. In plaats daarvan plaatsten ze de muizen in een inhalatietoren en stelden ze bloot aan vernevelde nanosensoren.
Twee uur na de ABN-inhalatie verzamelden de onderzoekers urinemonsters van de dieren en kwantificeerden de verslaggevers met behulp van massaspectrometrie. Ze ontdekten dat substraten die werden blootgesteld aan de micro-omgeving van de tumor de DNA-barcodes in de circulatie brachten, en dat urinesignalen van alle vier de verslaggevers verschilden tussen tumordragende en gezonde muizen. Het gebruik van niet-gecontroleerde algoritmische methoden maakte differentiatie mogelijk van alle tumordragende muizen van gezonde tegenhangers.
Ze concludeerden dat de inhaleerbare ABN’s “een robuust vermogen tonen voor de vroege detectie van autochtoon longadenocarcinoom bij muizen”.
Adem in en detecteer
Ten slotte testten de onderzoekers de prestaties van het volledige ‘inhaleer en detecteer’ PATROL-platform. Ze synthetiseerden DNA-gecodeerde ABN's met een diameter van ongeveer 15 nm en gebruikten hetzelfde longkankermuismodel en dezelfde verstuiverafgifte om de detectie van urine-DNA-reporters te valideren met behulp van de LFA.
Het vergelijken van de urineconcentratie van elke streepjescode bracht significante verschillen aan het licht in de splitsing van drie van de gerapporteerde sondes (maar niet de vierde) tussen gezonde en kankerdragende muizen. Urine-uitlezingen gedetecteerd met LFA vertoonden vergelijkbare signaal-ruisverhoudingen als de massaspectroscopiemetingen. Nogmaals, clusteralgoritmen zonder toezicht zouden alle muizen met longkanker in een vroeg stadium kunnen classificeren.
Analyse van de receiver operating karakteristieken (ROC) toonde aan dat drie van de sondes fungeerden als competente enkele classificatoren, met waarden voor het gebied onder de ROC-curve (AUC) van 0.82, 0.88 en 0.85. Het combineren van de vier probes verhoogde de AUC tot 0.93. Met 100% specificiteit detecteerde de LFA DNA-reporters met een gevoeligheid van 75.2%, vergelijkbaar met die van micro-CT.
Longkankerscreening verhoogt de overleving op lange termijn dramatisch
Het team onderzocht ook het veiligheidsprofiel van de inhaleerbare ABN's en constateerde geen algemene toxiciteit of verstopping van het vaatstelsel bij muizen zeven dagen na toediening van een enkele dosis ABN's via verneveling.
“Gezamenlijk heeft PATROL een groot klinisch potentieel, niet alleen om zowel gevoelige als specifieke longkankerdetectie in een vroeg stadium te bereiken, maar ook om eenvoudige inzet mogelijk te maken in omgevingen met beperkte middelen”, concluderen de onderzoekers. Vervolgens zijn ze van plan menselijke biopsiemonsters te analyseren om te zien of de sensorpanelen ook menselijke kankers kunnen detecteren, hopelijk gevolgd door klinische proeven bij menselijke patiënten.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening/
