Иновативна технология позволява ранното откриване на белодробния рак

С помощта на иновативна технология, която беше разработена в Масачузетския технологичен институт (MIT) в САЩ, диагностирането на рака на белия дроб би могло да стане толкова просто, колкото е вдишването на сензорни наночастици и след това даването на урина за изследване, което разкрива дали има тумор.

 

 

Новият диагностичен метод е основан на наносензори, които могат да се вкарат в тялото чрез инхалатор или небулизатор. Ако сензорите засекат свързани с рак протеини в белия дроб, те произвеждат сигнал, който се натрупва в урината, където може да бъде открит с проста лакмусова лента.

 

Този подход би могъл да замени или допълни настоящия златен стандарт за диагностиране на белодробния рак – нискодозовата компютърна томография. Той може да има особено значим ефект в страните с ниски и средни доходи, където няма широк достъп до КТ, казват изследователите.

 

„В световен мащаб ракът ще става все по-разпространен в страните с нисък и среден доход. Епидемиологията на белодробния рак в глобален план показва, че той е стимулиран от замърсяването и тютюнопушенето, така че ние знаем, че това са среди, където достъпът до този технология би могъл да има голямо въздействие“, казва Сангита Патия, професор по здравни науки и технологии и по електро- и компютърно инженерство в MIT и член на неговия Институт „Кох“ за интегративни ракови изследвания, както и на Института за медицинско инженерство и наука. Тя е старши автор на доклада, който беше публикуван в сп. Science Advances.

 

Инхалируеми частици

 

За да се диагностира ракът на белия дроб възможно най-рано, Работната група за превантивни услуги в Съединените щати препоръчва сериозните пушачи над 50-годишна възраст да се подлагат ежегодно на изследвания с КТ. Не всички в тази целева група обаче си правят такива, а високият процент на фалшиво положителните резултати може да води до ненужни инвазивни тестове.

 

През последните десет години Патия разработва наносензори за употреба при диагностиране на рак и други заболявания, а в настоящото изследване тя и нейни колеги проучили възможността за тяхното използване като по-достъпна алтернатива на компютърната томография за откриване на белодробния рак.

 

Тези сензори се състоят от полимерни наночастици, обвити в т.нар. „репортер“ („докладваща субстанция“), като например ДНК баркод, който се отцепва от частицата, когато сензорът срещне протеази – ензими, които често са свръхактивни в туморите. Тези репортери накрая се натрупват в урината и се изхвърлят от тялото.

 

Предишни версии на сензорите, насочени към други места, на които се развива рак, като например черния дроб и яйчниците, били проектирани да се вкарват венозно. За диагностиране на белодробния рак изследователите искали да създадат версия, която може да се инхалира, което би направило по-лесно нейното прилагане в среди с по-ограничени ресурси.

 

За да постигнат това, учените разработили две формули на своите частици: разтвор, който може да се разпръсква във вид на аерозол и да се прилага чрез небулизатор, и прах, който може да се прилага посредством инхалатор.

 

Щом частиците достигнат до белия дроб, те се абсорбират в тъканта му, където срещат всички налични протеази. Човешките клетки могат да експресират стотици различни протеази и някои от тях са свръхактивни в туморите, където помагат на раковите клетки да напуснат своето първоначално местоположение, като пробиват дупки в протеини на извънклетъчния матрикс. Тези ракови протеази отцепват ДНК баркодовете от сензорите, позволявайки им да циркулират в кръвообращението, докато не бъдат изхвърлени с урината.

 

При по-ранни версии на тази технология изследователите използвали масспектрометрия, за да анализират урината и да открият ДНК баркодове. Тя обаче изисква оборудване, което може да не е налично в по-бедните райони, и затова за новата версия екипът създал бърз тест, който позволява засичане на баркодовете с помощта на лакмусова лента.

 

Изследователите разработили лентата да улавя до 4 различни ДНК баркода, всеки от които указва наличието на различна протеаза. Не е необходимо никакво предварително третиране или обработка на пробата от урина и резултатите могат да бъдат разчетени около 20 минути след получаването на пробата.

 

Прецизно диагностиране

 

Авторите тествали своята диагностична система при мишки, които са генномодифицирани да развиват белодробни тумори, подобни на тези при хората. Сензорите били приложени 7,5 седмици, след като туморите започнали да се образуват, което съответства на първи или втори стадий на рак при човека.

 

При първата си серия от опити с мишките изследователите измерили нивата на 20 различни сензора, предназначени да засичат различни протеази. Като използвали алгоритъм за машинно обучение за анализиране на тези резултати, те открили комбинация от само 4 сензора, за която се предсказвало, че би дала точни диагностични резултати. След това учените тествали тази комбинация при мишия модел и установили, че тя може прецизно да открива белодробни тумори в ранен стадий.

 

За употреба при хора е възможно да са нужни повече сензори за точна диагноза, но това би могло да се постигне чрез използване на няколко лакмусови ленти, всяка от които засича 4 различни ДНК баркода, казват изследователите.

 

Те планират да анализират човешки проби от биопсии, за да видят дали използваната от тях комбинация от сензори би работила и за откриване на тумори при хората. В по-дългосрочен план изследователите се надяват да проведат клинични проучвания при човешки пациенти. Вече има проведено такова изпитване от първа фаза на подобен сензор, разработен от лабораторията на Патия, за употреба при диагностиране на рак на черния дроб и форма на хепатит, известна като неалкохолен стеатохепатит.

 

В части от света, където има ограничен достъп до изследвания с компютърна томография, тази технология би могла да предложи рязко подобрение на скрининга за белодробен рак, особено като се има предвид, че резултатите могат да бъдат получени в рамките само на едно посещение при лекар.

 

„Идеята би била да отидете и да получите отговор дали се нуждаете от последващ тест, или не, и ние бихме могли да вкараме пациентите с ранни лезии в системата, така че да могат да получат необходима за лечението операция или животоспасяващи медикаменти“, казва професор Патия.

 

Статия от вестник ЛЕЧИТЕЛ