Инженеры Массачусетского технологического института разработали новый датчик наночастиц, который может обеспечить раннюю диагностику рака с помощью простого анализа мочи. Датчики, которые могут обнаруживать множество различных раковых белков, также могут быть использованы для определения типа опухоли или того, как она реагирует на лечение. Технология может обнаруживать различные раковые белки и помогать определять тип опухоли или реакцию на лечение.
Наночастицы сконструированы таким образом, что при столкновении с опухолью они выделяют короткие последовательности ДНК, которые выводятся с мочой. Анализ этих ДНК-“штрих-кодов” может выявить отличительные особенности опухоли конкретного пациента. Исследователи разработали свой тест таким образом, чтобы его можно было выполнять с использованием полоски бумаги, аналогично тесту на Covid в домашних условиях, что, как они надеются, может сделать его доступным для как можно большего числа пациентов.
“Мы пытаемся внедрять инновации в контексте предоставления технологий, доступных в условиях с низким и средним уровнем ресурсов. Перенос этой диагностики на бумагу является частью нашей цели демократизации диагностики и создания недорогих технологий, которые могут дать вам быстрый ответ на этапе оказания медицинской помощи”, — говорит Сангита Бхатия, профессор медицинских наук и технологий Джона и Дороти Уилсон, а также электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института и сотрудник Института интегративных исследований рака им. Коха при Массачусетском технологическом институте и Института медицинской инженерии и науки.
В тестах на мышах исследователи показали, что они могут использовать датчики для определения активности пяти различных ферментов, которые экспрессируются в опухолях. Они также показали, что их подход может быть расширен, чтобы различать по крайней мере 46 различных штрих-кодов ДНК в одном образце, используя микрофлюидное устройство для анализа образцов.
Бхатия является старшим автором статьи, которая была опубликована 24 апреля 2023 года в журнале Nature Nanotechnology.
В предыдущей работе Бхатия создал наночастицы, которые могут определять активность ферментов, называемых протеазами, которые помогают раковым клеткам покидать свои первоначальные местоположения или оседать в новых, прорезая белки внеклеточного матрикса. Наночастицы покрыты пептидами, которые расщепляются различными протеазами, и как только эти пептиды попадают в кровоток, их можно сконцентрировать и легче обнаружить в образце мочи.
Как только сенсоры попадают в мочу, образец можно проанализировать с помощью бумажной полоски, которая распознает репортер, активируемый ферментом CRISPR Cas12a. Когда в образце присутствует определенный штрих-код ДНК, Cas12a усиливает сигнал, так что его можно увидеть в виде темной полоски на бумажном тесте.
В тестах на мышах исследователи показали, что панель из пяти штрих-кодов ДНК может точно отличать опухоли, которые впервые возникли в легких, от опухолей, образованных клетками колоректального рака, которые дали метастазы в легкие.
Исследователи ожидают, что для использования на людях им, возможно, потребуется использовать более пяти штрих-кодов, поскольку опухоли пациентов отличаются друг от друга. Чтобы помочь достичь этой цели, они работали с исследователями из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда во главе с профессором Гарвардского университета Пардисом Сабети над созданием микрофлюидного чипа, который можно использовать для считывания до 46 различных штрих-кодов ДНК из одного образца.
Этот вид тестирования может быть использован не только для выявления рака, но и для измерения того, насколько хорошо опухоль пациента реагирует на лечение и не возникло ли рецидива после лечения.