Novi senzor bi mogao omogućiti ranije otkrivanje raka mokraćne bešike

Koristeći kateter obložen ugljeničnim nanocevima, istraživači mogu da detektuju biomarkere koje proizvode ćelije raka u mokraćnoj bešici.

Svake godine oko 85.000 Amerikanaca dobije dijagnozu raka bešike. Iako je tretman često uspešan, rak bešike ima jednu od najviših stopa recidiva među svim vrstama raka. Nakon tretmana, tumor se ponovo razvije kod oko 50 odsto pacijenata u roku od narednih pet godina. To ga čini jednim od najskupljih oblika raka za lečenje.

Preporučujemo

Istraživači iz Masačusetskog instituta za tehnologiju (MIT) razvili su nov način za redovno praćenje tih pacijenata, što bi moglo da omogući da se ponovni rast tumora otkrije mnogo ranije. Koristeći kateter obložen specijalizovanim nanosenzorima, istraživači su pokazali da mogu da detektuju veoma niske nivoe proteina koji proizvode ćelije raka bešike i da snime njihovu lokaciju u tkivu.

Procena je da je ovaj pristup detekciji skoro 50.000 puta osetljiviji nego analiza urina, pristup koji se koristi za praćenje raka bešike kod pacijenata. U studiji na životinjama, pokazano je da se fluorescentni signali senzora mogu koristiti za precizno utvrđivanje lokacije tumora, dajući hemijsku sliku.

„To je kao kamera za molekule umesto za svetlost“, kaže Majkl Strano, profesor hemijskog inženjeringa. „Ako imate milijardu nanosenzora, možete ih upotrebiti za kreiranje hemijske slike koja pomaže u lociranju njihovog izvora“.

„Hemijske slike“

Novi način detekcije zasnovan je na ugljeničnim nanocevima — šupljim, nanometarskim cilindrima od ugljenika koji prirodno proizvode fluorescenciju kad su izloženi laserskoj svetlosti. Tokom poslednjih 10 godina, Stranova laboratorija je pokazala da se ove nanocevi mogu prilagoditi za detekciju različitih molekula tako što se oblože „sintetičkim antitelima“ — polimerima koji se mogu dizajnirati tako da reaguju sa specifičnom metom.

Kada su ciljani analiti prisutni, njihova interakcija sa sintetičkim antitelima uzrokuje da ugljenične nanocevi pomere talasnu dužinu ili promene intenzitet fluorescencije koju proizvode. Stranova laboratorija je prethodno razvila oko dve desetine različitih senzora koji mogu detektovati različite mete, uključujući vodonik-peroksid, riboflavin i virusne proteine.

Za novu studiju, istraživači su dizajnirali senzor koji može da detektuje protein poznat kao protein nuklearnog matriksa 22 (NMP-22), koji je već odobren kao biomarker za rak bešike. NMP-22 se može detektovati u uzorcima urina, ali je nakon sekrecije često znatno razređen, degradiran i uklonjen. To znači da se tumori mogu otkriti tek kad dostignu razvijenije stadijume.

Da bi omogućili ranije otkrivanje, istraživači su tražili način da postave senzore unutar bešike, gde bi mogli detektovati NMP-22 blizu tumora u lokalno povišenim koncentracijama. Uređaj koji su dizajnirali sastoji se od urinarnog katetera obloženog nanocevima koje mogu da osete NMP-22. Kateter takođe sadrži maleni uređaj poznat kao sferično sočivo na vrhu katetera.

Ovo sočivo se rotira 360 stepeni, emitujući lasersku svetlost, a zatim apsorbuje fluorescentnu svetlost koju emituju nanosenzori. Analizirajući boju i lokaciju ovih fluorescentnih signala, istraživači mogu da mapiraju lokaciju detektovanog biomarkera. Ove hemijske slike mogu otkriti ne samo da li je biomarker prisutan, već i lokaciju kanceroznih ćelija.

„Ako skenirate određenu oblast tkiva, želite da znate ne samo da li postoji signal koji ukazuje na prisustvo tumora, već i njegovu lokaciju kako biste mogli da ga tretirate ili da uradite biopsiju“, kaže Strano. „Pre nego što tumor u ranoj fazi probije urotel tako da postane vidljiv, on se nalazi ispod površine, ali emituje hemijske signale koji se mogu snimiti. Kad hemikalija udari u kateter, ne samo da detektujemo njeno prisustvo, već dobijamo mapu koja precizno pokazuje njenu lokaciju“.

Testovi na bešikama životinja pokazali su da ova vrsta detekcije može biti 180 puta osetljivija nego konvencionalna analiza urina pošto detektuje biomarkere direktno tamo gde se proizvode u bešici, umesto da ih meri kasnije u razblaženim tečnostima kao što je urin, gde je njihova koncentracija mnogo niža. Ovaj visok stepen osetljivosti omogućio bi senzorima da detektuju signale iz tumora od samo 16 kvadratnih milimetara, kažu istraživači.

Ranije otkrivanje

Istraživači sad rade na dizajniranju kompaktnije verzije svog prototipa sistema za snimanje, kako bi se mogao lakše koristiti u lekarskim ordinacijama. Takođe se nadaju da će inkorporirati senzore u tip katetera poznat kao cistoskop, koji ima prikačenu kameru i koristi se za vizuelizaciju tumora.

Trenutno, pacijenti lečeni od raka bešike idu na cistoskopiju jednom godišnje, a u nekim slučajevima i češće zbog mogućeg povratka raka. Nova dijagnostika bi trebalo da omogući otkrivanje povratka tumora ranije nego cistoskopija, čineći ih lakšim za lečenje i smanjujući troškove tretmana i nadzora.

„Tražimo nešto što bi moglo biti brže i efikasnije. Moglo bi se koristiti neposredno u lekarskoj ordinaciji, a skrining bi učinilo efikasnijim i manje invazivnim, sa mnogo manjim troškovima. Cilj je sposobnost da se potencijalni tumori otkriju mnogo ranije“, kaže Strano.

Ovaj pristup bi se takođe mogao integrisati sa endoskopijom radi otkrivanja drugih tipova raka ili drugih bolesti, kao što su kardiovaskularne ili gastrointestinalne, putem zamene nanosenzora koji su prikačeni za kateter.

„Lepota hemije polimera je u tome što, ako razumemo molekularne strukture ciljanih biomarkera i principe mesta vezivanja, možemo razviti nove senzore prilagođene različitim bolestima“, kažu istraživači. „Ako bi se ovi senzori integrisali na kateter, oni bi mogli otkriti nevidljive biomarkere koje trenutne endoskopske procedure ne opažaju, otvarajući vrata za detekciju mnogih drugih bolesti u budućnosti“.

(Telegraf Nauka/Massachusetts Institute of Technology)