INOVAŢIE. Diagnosticarea precoce a cancerului va fi posibilă doar printr-un simplu test de urină

Oamenii de știință americani au proiectat un nou senzor de nanoparticule care poate permite diagnosticarea cancerului printr-un simplu test de urină.

Potrivit experţilor, noua metodă de diagnosticare ar putea indica și dacă o tumoră a făcut metastaze.

Inginerii de la prestigioasa universitate MIT, din Statele Unite, au conceput un nou senzor cu nanoparticule care ar putea permite diagnosticarea precoce a cancerului cu un simplu test de urină.

Senzorii, care pot detecta mai multe proteine canceroase diferite, ar putea fi, de asemenea, utilizați pentru a distinge tipul unei tumori sau modul în care aceasta răspunde la tratament.

„Coduri de bare” de ADN

Nanoparticulele sunt concepute astfel încât, atunci când întâlnesc o tumoră, să elibereze secvențe scurte de ADN care sunt excretate în urină. Analizând aceste „coduri de bare” de ADN se pot descoperi caracteristicile distinctive ale tumorii unui anumit pacient.

Cercetătorii au conceput testul lor astfel încât să poată fi efectuat cu ajutorul unei benzi de hârtie, similar unui test Covid efectuat la domiciliu, sperțnd astfel că l-ar putea face accesibil și la îndemâna a cât mai multor pacienți.

„Încercăm să inovăm în contextul în care tehnologia este disponibilă pentru mediile cu resurse mici și medii”, a declarat Sangeeta Bhatia, profesor de științe și tehnologie în domeniul sănătății și de inginerie electrică și informatică la MIT și membru al Institutului Koch pentru cercetarea integrativă a cancerului și al Institutului pentru inginerie și știință medicală de la MIT.

Punerea acestui diagnostic pe hârtie face parte din obiectivul cercetătorilor de a democratiza diagnosticele și de a crea tehnologii ieftine care pot oferi un răspuns rapid la punctul de îngrijire

În cadrul testelor efectuate pe șoareci, cercetătorii au arătat că pot folosi senzorii pentru a detecta activitatea a cinci enzime diferite care sunt exprimate în tumori.

De asemenea, ei au arătat că abordarea lor ar putea fi extinsă pentru a distinge cel puțin 46 de coduri de bare ADN diferite într-o singură probă, folosind un dispozitiv microfluidic pentru a analiza probele. Cercetarea a fost publicat online, în Nature Nanotechnology, potrivit portalului 360medical.ro.

Timp de mai mulți ani, laboratorul de la MIT a dezvoltat ‘biomarkeri sintetici’ care ar putea fi utilizați pentru a diagnostica cancerul.

Detectarea unor biomarkeri de cancer

Noul studiu se bazează pe conceptul de detectare a unor biomarkeri de cancer, cum ar fi proteinele sau celulele tumorale circulante, în proba de sânge a unui pacient.

Acești biomarkeri naturali sunt atât de rari încât este aproape imposibil să fie identificați, mai ales într-un stadiu incipient, dar biomarkerii sintetici pot fi utilizați pentru a amplifica modificările la scară mai mică care apar în cadrul tumorilor mici.

În cadrul unor lucrări anterioare, echipa a creat nanoparticule care pot detecta activitatea unor enzime numite proteaze, care ajută celulele canceroase să scape din locurile lor inițiale sau să se instaleze în altele noi, prin penetrarea proteinelor din matricea extracelulară.

Nanoparticulele sunt acoperite cu peptide care sunt scindate de diferite proteaze, iar odată ce aceste peptide sunt eliberate în fluxul sanguin, ele sunt mai concentrate putând fi detectate mai ușor într-o probă de urină.

Biomarkerii peptidici existenți au fost concepuți pentru a fi detectați pe baza unor mici variații proiectate în masa lor, cu ajutorul unui spectrometru de masă.

Acest tip de echipament ar putea să nu fie disponibil în mediile cu resurse reduse, astfel încât cercetătorii și-au propus să dezvolte senzori care ar putea fi analizați mai ușor și la prețuri mai accesibile, folosind coduri de bare ADN care pot fi citite cu ajutorul tehnologiei CRISPR.

Pentru ca această abordare să funcționeze, cercetătorii au trebuit să folosească o modificare chimică numită fosforotioat pentru a proteja codurile de bare ale ADN-ului reporter circulant de a fi descompuse în sânge.

Această modificare a fost deja utilizată pentru a îmbunătăți stabilitatea vaccinurilor moderne cu ARN, permițându-le să supraviețuiască mai mult timp în organism.

La fel ca în cazul reporterilor peptidici, fiecare cod de bare de ADN este atașat de o nanoparticulă printr-un liant care poate fi scindat de o protează specifică. Dacă protează respectivă este prezentă, molecula de ADN este eliberată și, fiind liberă să circule, ajunge în cele din urmă în urină.

Pentru acest studiu, cercetătorii au folosit două tipuri diferite de nanoparticule: una, o particulă fabricată din polimeri care au fost aprobați de FDA pentru utilizare la om, iar cealaltă un „nanobody” – un fragment de anticorp care poate fi proiectat să se acumuleze la locul unei tumori.

Odată ce senzorii sunt secretați în urină, proba poate fi analizată cu ajutorul unei benzi de hârtie care recunoaște un reporter activat de o enzimă CRISPR numită Cas12a. Atunci când un anumit cod de bare ADN este prezent în probă, Cas12a amplifică semnalul astfel încât acesta poate fi văzut ca o linie întunecată pe un test de hârtie.

Particulele pot fi proiectate pentru a purta mai multe coduri de bare ADN diferite, fiecare dintre acestea detectând un tip diferit de activitate proteazică, ceea ce permite detectarea „multiplex”.

Utilizarea unui număr mai mare de senzori oferă o creștere a sensibilității și a specificității, permițând testului să distingă mai ușor între tipurile de tumori.

Semnături ale cancerului

În cadrul testelor efectuate pe șoareci, cercetătorii au arătat că un grup de cinci coduri de bare ADN poate distinge cu precizie tumorile care au apărut pentru prima dată în plămâni de tumorile formate de celulele cancerului colorectal care au făcut metastaze în plămâni.

„Scopul nostru aici este de a construi semnături ale bolii și de a vedea dacă putem folosi aceste coduri de bare nu doar pentru a identifica o boală, ci și pentru a o clasifica sau pentru a distinge diferite tipuri de cancer”, a explicat autorul principal al studiului, Liangliang Hao, fost cercetător la MIT, care este în prezent profesor asistent de inginerie biomedicală la universitatea din Boston.

Pentru a putea fi utilizate la om, cercetătorii se așteaptă să fie nevoie să folosească mai mult de cinci coduri de bare, deoarece există o mare varietate între tumorile pacienților.

Pentru a contribui la atingerea acestui obiectiv, ei au colaborat cu cercetători de la Institutul MIT și Harvard, pentru a crea un cip microfluidic care poate fi folosit pentru a citi până la 46 de coduri de bare ADN diferite dintr-o singură probă.

Acest tip de test ar putea fi folosit nu numai pentru a detecta cancerul, ci și pentru a măsura cât de bine răspunde tumora unui pacient la tratament și dacă aceasta a recidivat după tratament. Cercetătorii lucrează acum la dezvoltarea în continuare a particulelor, cu scopul de a le testa pe oameni.

O companie cofondată de oamenii de știință de la MIT a efectuat deja teste clinice de fază 1 ale unei versiuni anterioare a particulelor de diagnosticare pentru testul de urină și a constatat că acestea sunt sigure pentru pacienți.