Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Notre Dame ανέπτυξαν μια νέα, αυτοματοποιημένη συσκευή ικανή να διαγνώσει το γλοιοβλάστωμα, έναν ταχέως αναπτυσσόμενο και ανίατο καρκίνο του εγκεφάλου, σε λιγότερο από μία ώρα. Ο μέσος ασθενής με γλοιοβλάστωμα επιβιώνει 12-18 μήνες μετά τη διάγνωση.
Η βάση του διαγνωστικού εργαλεία είναι ένα βιοτσίπ που χρησιμοποιεί ηλεκτροκινητική τεχνολογία για την ανίχνευση βιοδεικτών ή ενεργών υποδοχέων επιδερμικού αυξητικού παράγοντα (EGFRs), οι οποίοι υπερεκφράζονται σε ορισμένους καρκίνους όπως το γλοιοβλάστωμα και βρίσκονται σε εξωκυτταρικά κυστίδια.
«Τα εξωκυτταρικά κυστίδια είναι μοναδικά νανοσωματίδια που εκκρίνονται από κύτταρα. Είναι μεγάλα -10 έως 50 φορές μεγαλύτερα από ένα μόριο- και έχουν ασθενές φορτίο. Η τεχνολογία μας σχεδιάστηκε ειδικά για αυτά τα νανοσωματίδια, χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά τους προς όφελός μας», δήλωσε ο Hsueh-Chia Chang, καθηγητής Χημικής και Βιομοριακής Μηχανικής της Bayer στο Πανεπιστήμιο Notre Dame και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Communications Biology.
Πώς αναπτύχθηκε η νέα, γρήγορη εξέταση για τον καρκίνο του εγκεφάλου
Η πρόκληση για τους ερευνητές ήταν διπλή: να αναπτύξουν μια διαδικασία που θα μπορούσε να διακρίνει μεταξύ ενεργών και μη ενεργών EGFR και να δημιουργήσει μια διαγνωστική τεχνολογία ευαίσθητη αλλά επιλεκτική στην ανίχνευση ενεργών EGFR σε εξωκυτταρικά κυστίδια από δείγματα αίματος.
Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα βιοτσίπ που χρησιμοποιεί έναν φθηνό, ηλεκτροκινητικό αισθητήρα περίπου στο μέγεθος της γραφίδας ενός στυλό. Λόγω του μεγέθους των εξωκυτταρικών κυστιδίων, τα αντισώματα στον αισθητήρα μπορούν να σχηματίσουν πολλαπλούς δεσμούς στο ίδιο εξωκυττάριο κυστίδιο. Αυτή η μέθοδος ενισχύει σημαντικά την ευαισθησία και την επιλεκτικότητα του διαγνωστικού εργαλείου.
Στη συνέχεια, τα συνθετικά νανοσωματίδια πυριτίου «αναφέρουν» την παρουσία ενεργών EGFRs στα δεσμευμένα εξωκυτταρικά κυστίδια, ενώ φέρουν υψηλό αρνητικό φορτίο. Όταν υπάρχουν εξωκυττάρια κυστίδια με ενεργά EGFRs, μπορεί να παρατηρηθεί μια μετατόπιση τάσης, υποδηλώνοντας την παρουσία γλοιοβλαστώματος στον ασθενή.
Αυτή η στρατηγική ανίχνευσης φορτίου ελαχιστοποιεί τις παρεμβολές που είναι κοινές στις τρέχουσες τεχνολογίες αισθητήρων που χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές αντιδράσεις ή φθορισμό.
Το μέλλον στη διάγνωση άλλων ασθενειών και διαταραχών
«Ο ηλεκτροκινητικός αισθητήρας μας επιτρέπει να κάνουμε πράγματα που άλλα διαγνωστικά εργαλεία δεν μπορούν να κάνουν», δήλωσε ο Satyajyoti Senapati, αναπληρωτής καθηγητής χημικής και βιομοριακής μηχανικής στο Notre Dame και ένας εκ των συγγραφέων της μελέτης και συμπλήρωσε:
«Μπορούμε να φορτώσουμε απευθείας αίμα χωρίς καμία προεργασία για να απομονώσουμε τα εξωκυτταρικά κυστίδια επειδή ο αισθητήρας μας δεν επηρεάζεται από άλλα σωματίδια ή μόρια. Δείχνει χαμηλό θόρυβο και κάνει τη δική μας τεχνολογία πιο ευαίσθητη στην ανίχνευση ασθενειών από άλλες».
Η εκτέλεση μιας εξέτασης διαρκεί λιγότερο από μία ώρα, απαιτώντας μόνο 100 μικρολίτρα αίματος. Κάθε βιοτσίπ κοστίζει λιγότερο από 2 δολάρια σε υλικά για την κατασκευή.
Αν και αυτή η διαγνωστική συσκευή αναπτύχθηκε για το γλοιοβλάστωμα, οι ερευνητές λένε ότι μπορεί να προσαρμοστεί για άλλους τύπους βιολογικών νανοσωματιδίων. Αυτό ανοίγει τη δυνατότητα ώστε η τεχνολογία να ανιχνεύει έναν αριθμό διαφορετικών βιοδεικτών για άλλες ασθένειες. Ο Δρ. Chang δήλωσε ότι η ομάδα διερευνά την τεχνολογία για τη διάγνωση του καρκίνου του παγκρέατος και πιθανώς άλλων διαταραχών όπως οι καρδιαγγειακές παθήσεις, η άνοια και η επιληψία.
«Η τεχνική μας δεν είναι συγκεκριμένη για το γλοιοβλάστωμα, αλλά ήταν ιδιαίτερα σκόπιμο να ξεκινήσουμε με αυτό λόγω του πόσο θανατηφόρο είναι και της έλλειψης διαθέσιμων τεστ πρώιμου προληπτικού ελέγχου. Η ελπίδα μας είναι ότι εάν η έγκαιρη ανίχνευση είναι πιο εφικτή, τότε υπάρχει αυξημένη πιθανότητα επιβίωσης», κατέληξε ο επιστήμονας.