CT liều thấp, kỹ thuật tiêu chuẩn vàng để chẩn đoán ung thư phổi ở các nhóm có nguy cơ cao, đã làm giảm tỷ lệ tử vong do ung thư phổi từ 20–25% trong các thử nghiệm lâm sàng. Tuy nhiên, việc tiếp cận công nghệ sàng lọc này có thể bị hạn chế ở những nơi có nguồn lực hạn chế, dẫn đến tỷ lệ tử vong do ung thư phổi cao không tương xứng ở những khu vực như vậy. Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) hy vọng có thể giải quyết sự bất bình đẳng này trong việc phát hiện sớm ung thư phổi bằng việc phát triển một xét nghiệm đơn giản dựa trên việc hít phải các cảm biến hạt nano.
Thử nghiệm sàng lọc mới, được mô tả trong Những tiến bộ khoa học, là một nền tảng chẩn đoán không cần kim có tên PATROL tích hợp ba mô-đun: cảm biến nano dựa trên hoạt động (ABN); một thiết bị hít di động; và xét nghiệm dòng chảy bên dựa trên giấy có thể ghép kênh (LFA).
ABN được làm từ các hạt nano polymer kết hợp với các phóng viên, chẳng hạn như mã vạch DNA tổng hợp, thông qua chất nền peptide. Để xác định một bộ thăm dò tối thiểu có khả năng dự đoán cao, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra một thư viện các peptide ứng cử viên bị phân cắt khi tiếp xúc với các protease liên quan đến ung thư. Họ đã chọn 20 peptide làm cảm biến nano tiềm năng và thực hiện các thử nghiệm trên chuột để xác định sự kết hợp của bốn ABN có khả năng cho kết quả chẩn đoán chính xác.
Để trải qua xét nghiệm sàng lọc, bệnh nhân hít ABN, được tạo thành các khí dung có kích thước micron để tối ưu hóa sự lắng đọng trong phổi. Nếu các cảm biến nano này gặp phải các dấu ấn sinh học ung thư, chẳng hạn như protease liên quan đến ung thư phổi, thì mã vạch DNA sẽ được tách ra khỏi hạt và giải phóng vào tuần hoàn, nơi cuối cùng chúng tập trung vào nước tiểu. Sau đó, những phóng viên này có thể được phát hiện bằng xét nghiệm nước tiểu dựa trên LFA.
Để phân tích nhanh các mẫu nước tiểu mà không cần thiết bị phòng thí nghiệm phức tạp, nhóm nghiên cứu đã phát triển LFA có thể định lượng bốn mã vạch DNA khác nhau trên một dải giấy ở nhiệt độ phòng. Và vì các cảm biến nano được cung cấp bằng máy phun sương hoặc ống hít cầm tay nên bệnh nhân có thể tự thực hiện xét nghiệm PATROL tại nhà.
“Chúng tôi thực sự đã thúc đẩy xét nghiệm này khả dụng tại điểm chăm sóc trong môi trường có nguồn lực thấp, vì vậy ý tưởng là không thực hiện bất kỳ quá trình xử lý mẫu nào, không thực hiện bất kỳ khuếch đại nào, chỉ để có thể đặt mẫu ngay trên giấy và đọc nó trong 20 phút,” tác giả cấp cao cho biết Sangeeta Bhatia trong một thông cáo báo chí.
Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng TUẦN TRA có thể có tác động đặc biệt đáng kể ở các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình không có máy quét CT phổ biến. Đồng tác giả cho biết thêm: “Mục tiêu của chúng tôi là cung cấp một phương pháp có thể phát hiện ung thư với độ đặc hiệu và độ nhạy cao, đồng thời hạ thấp ngưỡng tiếp cận, để hy vọng chúng tôi có thể cải thiện sự chênh lệch về nguồn lực và sự bất bình đẳng trong việc phát hiện sớm ung thư phổi”. Tiền Trung.
In vivo thẩm định, lượng định, đánh giá
Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra xem liệu cảm biến nano có thể phát hiện ung thư phổi ở chuột hay không, kiểm tra động vật 7.5 tuần sau khi khối u bắt đầu hình thành (có khả năng tương quan với ung thư giai đoạn 1 hoặc 2 ở người). Họ lưu ý rằng mặc dù ống hít bột khô mang lại khả năng lắng đọng sâu trong phổi tốt hơn ở người, nhưng chúng được kích hoạt bằng hơi thở và không phù hợp với loài gặm nhấm. Vì vậy, thay vào đó, họ đặt những con chuột vào một tháp hít và cho chúng tiếp xúc với các cảm biến nano dạng khí dung.
Hai giờ sau khi hít ABN, các nhà nghiên cứu đã thu thập mẫu nước tiểu từ động vật và định lượng các phóng viên bằng phương pháp quang phổ khối. Họ phát hiện ra rằng các chất nền tiếp xúc với vi môi trường khối u sẽ đưa mã vạch DNA vào lưu thông và tín hiệu tiết niệu từ cả bốn phóng viên đều khác nhau giữa chuột mang khối u và chuột khỏe mạnh. Việc sử dụng các phương pháp thuật toán không được giám sát đã cho phép phân biệt tất cả những con chuột mang khối u với những con chuột khỏe mạnh.
Họ kết luận rằng ABN dạng hít “chứng tỏ sức mạnh mạnh mẽ trong việc phát hiện sớm ung thư biểu mô tuyến phổi tự thân ở chuột”.
Hít vào và phát hiện
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hiệu suất của toàn bộ nền tảng PATROL “hít vào và phát hiện”. Họ đã tổng hợp các ABN được mã hóa DNA có đường kính khoảng 15 nm và sử dụng cùng một mô hình chuột bị ung thư phổi và phân phối máy phun khí dung để xác nhận khả năng phát hiện trình báo cáo DNA trong nước tiểu bằng LFA.
So sánh nồng độ nước tiểu của từng mã vạch cho thấy sự khác biệt đáng kể về sự phân tách của ba trong số các đầu dò được báo cáo (nhưng không phải đầu dò thứ tư) giữa chuột khỏe mạnh và chuột mang bệnh ung thư. Kết quả đo nước tiểu được phát hiện bằng LFA cho thấy tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tương tự như phép đo quang phổ khối. Một lần nữa, các thuật toán phân cụm không giám sát có thể phân loại tất cả những con chuột bị ung thư phổi giai đoạn đầu.
Phân tích đặc tính vận hành máy thu (ROC) cho thấy ba trong số các đầu dò hoạt động như các phân loại đơn lẻ có thẩm quyền, với diện tích dưới các giá trị đường cong ROC (AUC) là 0.82, 0.88 và 0.85. Kết hợp bốn đầu dò đã tăng AUC lên 0.93. Với độ đặc hiệu 100%, LFA đã phát hiện các phóng viên DNA với độ nhạy 75.2%, tương đương với micro-CT.
Sàng lọc ung thư phổi làm tăng đáng kể thời gian sống lâu dài
Nhóm nghiên cứu cũng kiểm tra tính an toàn của ABN dạng hít và không thấy độc tính chung hay tắc nghẽn mạch máu ở chuột bảy ngày sau khi cung cấp một liều ABN thông qua phương pháp khí dung.
Các nhà nghiên cứu kết luận: “Nói chung, PATROL có tiềm năng lâm sàng to lớn không chỉ để đạt được khả năng phát hiện ung thư phổi nhạy cảm và cụ thể ở giai đoạn đầu mà còn cho phép triển khai dễ dàng ở những nơi có nguồn lực hạn chế”. Tiếp theo, họ dự định phân tích các mẫu sinh thiết của con người để xem liệu các tấm cảm biến có thể phát hiện bệnh ung thư ở người hay không, hy vọng sau đó sẽ là các thử nghiệm lâm sàng ở bệnh nhân người.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://physicsworld.com/a/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening/
