با استفاده از فناوری جدید توسعه یافته در موسسه فناوری ماساچوست، تشخیص سرطان ریه می تواند به آسانی تنفس در حسگرهای نانوذرات و سپس انجام آزمایش ادرار که نشان می دهد آیا تومور وجود دارد یا خیر.
تشخیص‌های جدید مبتنی بر نانوحسگرهایی هستند که می‌توانند توسط دستگاه تنفسی یا نبولایزر ارائه شوند. اگر حسگرها با پروتئین‌های مرتبط با سرطان در ریه‌ها مواجه شوند، سیگنالی تولید می‌کنند که در ادرار تجمع می‌یابد، جایی که می‌توان آن را با یک نوار تست کاغذی ساده تشخیص داد.
این رویکرد به طور بالقوه می تواند جایگزین یا مکمل استاندارد طلایی فعلی برای تشخیص سرطان ریه، توموگرافی کامپیوتری با دوز پایین (CT) شود. به گفته محققان، این می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی در کشورهای با درآمد پایین و متوسط داشته باشد که دسترسی گسترده به سی‌تی اسکن ندارند.
در سطح جهانی، سرطان در کشورهای با درآمد پایین و متوسط شیوع بیشتری خواهد داشت. اپیدمیولوژی سرطان ریه در سراسر جهان این است که ناشی از آلودگی و سیگار کشیدن است، بنابراین ما می دانیم که این شرایطی است که دسترسی به این نوع فناوری می تواند تأثیر زیادی داشته باشد.” و فن آوری و مهندسی برق و علوم کامپیوتر در MIT و عضو موسسه MIT Koch برای تحقیقات سرطان یکپارچه و موسسه مهندسی پزشکی و علوم.
Bhatia نویسنده اصلی مقاله است که امروز در پیشرفت علمی. کیان ژونگ، دانشمند MIT، و ادوارد تان، عضو سابق فوق دکتری MIT، نویسندگان اصلی این مطالعه هستند.
ذرات قابل استنشاق
برای کمک به تشخیص سرطان ریه در اسرع وقت، گروه ویژه خدمات پیشگیرانه ایالات متحده توصیه می کند که افراد سیگاری بالای 50 سال سالانه اسکن رایانه شخصی را انجام دهند. با این حال، همه افراد در این گروه هدف این اسکن‌ها را دریافت نمی‌کنند و نرخ بالای مثبت کاذب اسکن‌ها می‌تواند منجر به آزمایش‌های غیرضروری و تهاجمی شود.
Bhatia دهه گذشته را صرف توسعه نانوحسگرها برای استفاده در تشخیص سرطان و سایر بیماری‌ها کرده است و در این مطالعه، او و همکارانش امکان استفاده از آنها را به عنوان جایگزین مقرون‌به‌صرفه‌تر برای غربالگری سی‌تی برای سرطان ریه بررسی کردند.
این حسگرها از نانوذرات پلیمری پوشیده شده با یک گزارشگر، مانند بارکد DNA، تشکیل شده‌اند که وقتی حسگر با آنزیم‌هایی به نام پروتئازها مواجه می‌شود که اغلب در تومورها بیش از حد فعال هستند، از ذره جدا می‌شود. این گزارشگرها در نهایت در ادرار جمع می شوند و از بدن دفع می شوند.
نسخه‌های قبلی این حسگرها که سایر نقاط سرطانی مانند کبد و تخمدان‌ها را هدف قرار می‌دادند، برای تزریق داخل وریدی طراحی شده بودند. برای تشخیص سرطان ریه، محققان می خواستند یک نسخه قابل استنشاق ایجاد کنند که بتواند اجرای آن را در تنظیمات با منابع کمتر تسهیل کند.
زمانی که ما این فناوری را توسعه دادیم، هدف ما ارائه روشی بود که بتواند سرطان را با ویژگی و حساسیت بالا تشخیص دهد و همچنین آستانه قیمت مناسب را کاهش دهد، به طوری که امیدواریم بتوانیم نابرابری در منابع و نابرابری را در تشخیص زودهنگام سرطان ریه بهبود بخشیم. جونگ می گوید.
برای دستیابی به این هدف، محققان دو فرمول از ذرات خود ایجاد کردند: محلولی که می تواند در هوا به صورت آئروسل باشد و با نبولایزر تحویل داده شود، و یک پودر خشک که می تواند با استفاده از دستگاه تنفسی تحویل داده شود.
هنگامی که ذرات به ریه ها می رسند، در بافت جذب می شوند و در آنجا با هر گونه پروتئازی که ممکن است وجود داشته باشد، مواجه می شوند. سلول‌های انسانی می‌توانند صدها پروتئاز مختلف را بیان کنند، و برخی از آنها در تومورها بیش فعال هستند، جایی که به سلول‌های سرطانی کمک می‌کنند از محل اصلی خود با برش پروتئین‌های ماتریکس خارج سلولی فرار کنند. این پروتئازهای سرطانی بارکدهای DNA را از حسگرها جدا می کنند و به بارکدها اجازه می دهند در جریان خون گردش کنند تا زمانی که از طریق ادرار دفع شوند.
در نسخه های قبلی این فناوری، محققان از طیف سنجی جرمی برای تجزیه و تحلیل نمونه ادرار و تشخیص بارکد DNA استفاده کردند. با این حال، طیف‌سنجی جرمی به تجهیزاتی نیاز دارد که ممکن است در مناطق کم منابع موجود نباشد، بنابراین برای این نسخه، محققان یک سنجش جریان جانبی ایجاد کردند که به بارکدها اجازه می‌دهد با استفاده از یک نوار تست کاغذی شناسایی شوند.
محققان این نوار را برای شناسایی حداکثر چهار بارکد DNA مختلف طراحی کردند که هر کدام نشان دهنده وجود یک پروتئاز متفاوت است. هیچ پیش درمانی یا دست زدن به نمونه ادرار مورد نیاز نیست و نتایج را می توان تقریباً 20 دقیقه پس از جمع آوری نمونه خواند.
ما واقعاً تلاش کردیم تا این سنجش در محل در یک محیط کم منابع در دسترس باشد، بنابراین ایده این بود که هیچ گونه پردازش نمونه انجام ندهیم، هیچ تقویتی انجام ندهیم، فقط برای اینکه بتوانیم نمونه را درست روی کاغذ بگذاریم و آن را بخوانیم. باتیا می گوید در 20 دقیقه.
تشخیص دقیق
محققان سیستم تشخیصی خود را بر روی موش هایی که به طور ژنتیکی برای ایجاد تومورهای ریه مشابه آنچه در انسان مشاهده می شود، مهندسی شده بودند، آزمایش کردند. این حسگرها 7.5 هفته پس از شروع شکل‌گیری تومورها اعمال شدند، نقطه زمانی که احتمالاً با مرحله 1 یا 2 سرطان در انسان مرتبط است.
در اولین مجموعه آزمایشات خود با موش، محققان سطوح 20 حسگر مختلف طراحی شده برای تشخیص پروتئازهای مختلف را اندازه گیری کردند. محققان با استفاده از یک الگوریتم یادگیری ماشینی برای تجزیه و تحلیل این نتایج، ترکیبی از چهار حسگر را شناسایی کردند که پیش‌بینی شده بود نتایج تشخیصی دقیقی تولید کند. آنها سپس این ترکیب را در یک مدل موش آزمایش کردند و دریافتند که می تواند تومورهای ریه را در مراحل اولیه به دقت تشخیص دهد.
به گفته محققان، برای استفاده در انسان، ممکن است حسگرهای بیشتری برای تشخیص دقیق مورد نیاز باشد، اما این می تواند با استفاده از نوارهای کاغذی متعدد، که هر کدام چهار بارکد DNA مختلف را شناسایی می کنند، به دست آید.
اکنون محققان قصد دارند نمونه‌های بیوپسی انسانی را تجزیه و تحلیل کنند تا ببینند آیا پنل‌های حسگر مورد استفاده برای تشخیص سرطان انسان نیز کار می‌کنند یا خیر. در بلندمدت، آنها امیدوارند که آزمایشات بالینی را روی انسان انجام دهند. شرکتی به نام Sunbird Bio قبلاً آزمایشات فاز 1 حسگر مشابهی را انجام داده است که توسط آزمایشگاه Bhatia برای استفاده در تشخیص سرطان کبد و نوعی هپاتیت به نام استئاتوهپاتیت غیر الکلی (NASH) ساخته شده است.
در بخش‌هایی از جهان که دسترسی به سی‌تی اسکن محدود است، این فناوری می‌تواند پیشرفت چشمگیری در غربالگری سرطان ریه ارائه دهد، به‌ویژه که نتایج را می‌توان در طی یک بازدید به دست آورد.
“ایده این است که وارد شوید و سپس پاسخی دریافت کنید که آیا نیاز به آزمایش پیگیری دارید یا خیر، و ما می توانیم بیمارانی را که ضایعات اولیه دارند وارد سیستم کنیم تا بتوانند جراحی درمانی یا داروهای نجات بخش دریافت کنند.” بهاتیا می گوید.
این تحقیق توسط ابتکار سرطان ریه جانسون و جانسون، موسسه پزشکی هاوارد هیوز، کمک مالی موسسه کوخ (هسته) از موسسه ملی سرطان، و موسسه ملی علوم بهداشت محیطی تامین شد.
