Простой бумажный тест для ранней диагностики рака

Инженеры MIT разработали новый сенсор на основе наночастиц, который может обеспечить раннюю диагностику рака с помощью простого анализа мочи. Сенсоры, способные обнаруживать множество различных раковых белков, также могут использоваться для определения типа опухоли или её реакции на лечение.

Наночастицы сконструированы так, что при встрече с опухолью они высвобождают короткие последовательности ДНК, которые выводятся с мочой. Анализ этих ДНК-"штрихкодов" может выявить отличительные особенности опухоли конкретного пациента. Исследователи разработали тест, который можно выполнить с помощью бумажной полоски, подобно домашнему тесту на COVID, что, как они надеются, сделает его доступным для как можно большего числа пациентов.

В тестах на мышах исследователи показали, что с помощью сенсоров можно обнаружить активность пяти различных ферментов, экспрессируемых в опухолях. Они также продемонстрировали, что их подход можно масштабировать для различения как минимум 46 различных ДНК-штрихкодов в одном образце с помощью микрофлюидного устройства.

ДНК-штрихкоды

Работа основана на концепции "синтетических биомаркеров" для диагностики рака. Наночастицы покрыты пептидами, которые расщепляются различными протеазами (ферментами, помогающими раковым клеткам метастазировать). После высвобождения в кровоток эти пептиды можно обнаружить в образце мочи.

Для нового подхода исследователи заменили пептидные маркеры на ДНК-штрихкоды, которые можно считать с помощью технологии CRISPR. Для защиты ДНК-репортёров от разрушения в крови использовали химическую модификацию фосфоротиоат, уже применяемую для повышения стабильности современных мРНК-вакцин.

Каждый ДНК-штрихкод присоединён к наночастице линкером, расщепляемым специфической протеазой. Если протеаза присутствует, молекула ДНК высвобождается, циркулирует и в итоге попадает в мочу. В исследовании использовали два типа наночастиц:

1. Частицы из полимеров, одобренных FDA для применения у людей.
2. "Нанободи" — фрагменты антител, которые можно направить для накопления в опухоли.

Образец мочи анализируется с помощью бумажной полоски, которая распознаёт репортёр, активируемый ферментом CRISPR Cas12a. При наличии определённого ДНК-штрихкода Cas12a усиливает сигнал, который виден как тёмная полоса на тесте.

Сигнатуры заболеваний

В тестах на мышах панель из пяти ДНК-штрихкодов точно отличала первичные опухоли лёгких от опухолей, образованных метастазировавшими клетками колоректального рака.

Для применения у людей может потребоваться более пяти штрихкодов из-за большого разнообразия опухолей у пациентов. Исследователи создали микрофлюидный чип, способный считывать до 46 различных ДНК-штрихкодов из одного образца.

Такой тест может использоваться не только для обнаружения рака, но и для оценки эффективности лечения и выявления рецидивов. Компания Glympse Bio, сооснователем которой является Санджита Бхатия, уже провела клинические испытания I фазы более ранней версии диагностических частиц и признала их безопасными для пациентов.