Wynalazek z MIT może być o 50 000 razy bardziej czuły i wcześniej wykrywać raka pęcherza
Rak pęcherza to podstępna choroba nie tylko ze względu na przebieg, ale też dlatego, że lubi wracać. Każdego roku w samych Stanach Zjednoczonych diagnozuje się go u około 85 000 osób, a po skutecznym leczeniu nawrót guza w ciągu pięciu lat dotyka niemal połowę pacjentów. To sprawia, że chorzy muszą przez wiele lat regularnie poddawać się inwazyjnym badaniom kontrolnym. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology opracowali właśnie urządzenie, które może to zmienić – nanoczujnik zdolny wykrywać nowotwór wcześniej, dokładniej i mniej inwazyjnie niż dotychczasowe metody.
Sercem wynalazku są nanorurki węglowe. Przez ostatnich dziesięć lat laboratorium prof. Michaela Strano pokazało, że nanorurki można dostosowywać do wykrywania różnych cząsteczek, pokrywając je „syntetycznymi przeciwciałami", polimerami zaprojektowanymi tak, by oddziaływać z konkretnym celem. Gdy docelowa cząsteczka zbliży się do nanorurki, zmienia się długość fali lub intensywność emitowanego przez nią fluorescencyjnego światła. To właśnie ta zmiana jest sygnałem alarmowym dla badaczy.
W nowym urządzeniu nanoczujniki pokrywają zewnętrzną powierzchnię zwykłego cewnika urologicznego. Ich zadaniem jest wyłapanie białka NMP–22, markera raka pęcherza. Białko to można co prawda wykryć w próbkach moczu, ale jest ono tam znacznie rozcieńczone, ulega degradacji i jest szybko usuwane po wydzieleniu. To oznacza, że tradycyjna analiza moczu pozwala wykryć guz dopiero na późniejszych etapach choroby.
Rozwiązaniem jest umieszczenie czujnika bezpośrednio w pęcherzu, gdzie stężenie NMP–22 w pobliżu guza jest nieporównywalnie wyższe. Na końcu cewnika zamontowano miniaturowy element optyczny, obracającą się o 360 stopni soczewkę, która emituje światło laserowe i rejestruje fluorescencję wytwarzaną przez nanoczujniki. Analizując kolor i położenie tych sygnałów, badacze mogą mapować lokalizację wykrytego biomarkera.
To jak kamera, ale zamiast światła rejestruje cząsteczki, stwierdził profesor Strano. Kluczowe jest przy tym nie tylko samo wykrycie, ale też przestrzenna precyzja. Jeżeli skanujemy obszar tkanki, chcemy wiedzieć nie tylko, że jest sygnał wskazujący na obecność guza, ale też gdzie się on dokładnie znajduje. Zanim wczesny guz przebije się przez ścianę pęcherza i stanie się widoczny, nadal emituje sygnały chemiczne, które można zarejestrować.
Czułość metody jest imponująca. W badaniach na tkankach wieprzowych cewnik wykrywał biomarker wydzielany nawet z odległości 2 centymetrów, osiągając 182–krotnie silniejszy sygnał niż z analizy moczu pobranego na zewnątrz ciała. W porównaniu z klasyczną analizą moczu cały system jest blisko 50 000 razy czulszy, co pozwalałoby teoretycznie wykryć guz o powierzchni zaledwie 16 milimetrów kwadratowych.
Obecny standard opieki nad pacjentami po leczeniu raka pęcherza to cystoskopia – badanie z użyciem giętkiej kamery wprowadzanej do pęcherza, wykonywane co roku lub częściej. Nowe urządzenie MIT powinno umożliwiać wykrywanie nawrotów wcześniej niż cystoskopia, co ułatwi leczenie i obniży koszty monitorowania. Zespół pracuje teraz nad bardziej kompaktową wersją prototypu, którą można byłoby wygodnie stosować w gabinecie lekarskim.
Co istotne, nowa technologia nie jest specyficzna wyłącznie na raka pęcherza. Można ją zintegrować z endoskopią w celu wykrywania innych typów nowotworów lub chorób sercowo–naczyniowych czy gastroenterologicznych. Wystarczy wymienić nanoczujniki przymocowane do cewnika. Piękno chemii polimerów polega na tym, że jeśli rozumiemy strukturę molekularną docelowego biomarkera, możemy opracować nowy sensor dopasowany do różnych chorób – tłumaczy Wonjun Yim, główny autor pracy.
Z artykułem Chemical efflux imaging using an annular nanosensor array for in situ bladder cancer detection autorstwa zespołu Wonjuna Yima i Michaela S. Strano z MIT oraz Daniela A. Wollina z Harvard Medical School można zapoznać się na łamach Nature Nanotechnology.
Komentarze (0)