Ингаляционные сенсоры для ранней диагностики рака легких

Новая технология, разработанная в MIT, может сделать диагностику рака легких такой же простой, как ингаляция наночастиц-сенсоров с последующим анализом мочи на наличие опухоли.

Диагностика основана на наносенсорах, которые можно доставить с помощью ингалятора или небулайзера. Если сенсоры обнаруживают в легких белки, связанные с раком, они генерируют сигнал, который накапливается в моче. Там его можно обнаружить с помощью простой бумажной тест-полоски.

Этот подход потенциально может заменить или дополнить текущий "золотой стандарт" диагностики рака легких — низкодозовую компьютерную томографию (КТ). Особенно значимым он может стать в странах с низким и средним уровнем дохода, где нет широкой доступности КТ-сканеров.

Частицы для ингаляции

Сенсоры состоят из полимерных наночастиц, покрытых репортером (например, ДНК-штрихкодом). Репортер отделяется от частицы, когда сенсор встречает ферменты протеазы, которые часто гиперактивны в опухолях. Эти репортеры в конечном итоге накапливаются в моче и выводятся из организма.

Для диагностики рака легких исследователи создали две формы частиц:

• Раствор для аэрозольной доставки небулайзером.
• Сухой порошок для доставки ингалятором.

В легких частицы абсорбируются в ткани. Если присутствуют раковые протеазы, они отщепляют ДНК-штрихкоды от сенсоров. Штрихкоды попадают в кровоток и выводятся с мочой.

Для анализа мочи исследователи создали латеральный потоковый иммуноанализ (lateral flow assay), позволяющий обнаруживать штрихкоды с помощью бумажной тест-полоски. Полоска может обнаруживать до четырех различных ДНК-штрихкодов, каждый из которых указывает на наличие определенной протеазы. Не требуется предварительной обработки образца, результат можно получить примерно через 20 минут.

Точность диагностики

Систему протестировали на мышах, генетически модифицированных для развития опухолей легких, подобных человеческим. Сенсоры вводили через 7.5 недель после начала формирования опухолей (соответствует примерно 1-2 стадии рака у человека).

Используя алгоритм машинного обучения для анализа 20 различных сенсоров, исследователи определили комбинацию всего из четырех сенсоров, которая должна давать точный диагностический результат. Тестирование на мышиной модели подтвердило, что эта комбинация точно обнаруживает опухоли легких на ранней стадии.

Для применения у людей может потребоваться больше сенсоров, но этого можно достичь, используя несколько тест-полосок.

Дальнейшие шаги

Исследователи планируют:

1. Проанализировать образцы биопсии человека, чтобы проверить эффективность панелей сенсоров.
2. Провести клинические испытания на пациентах.

Компания Sunbird Bio уже провела испытания Фазы I на аналогичном сенсоре для диагностики рака печени и неалкогольного стеатогепатита (NASH).

В регионах с ограниченным доступом к КТ эта технология может значительно улучшить скрининг рака легких, особенно учитывая, что результат можно получить за одно посещение. Это позволит вовремя направлять пациентов с ранними поражениями на хирургическое лечение или терапию.