123RF
Przenośne urządzenie do szybkiej diagnostyki raka piersi
Redaktor: Monika Stelmach
Data: 22.06.2021
Źródło: Komisja Europejska
Rozpoznanie raka piersi u kobiet często następuje zbyt późno, by można było podjąć skuteczne leczenie. Opracowane przez hiszpańskich naukowców urządzenie diagnostyczne wykrywa mutacje DNA w próbce krwi.
Mammografia to złoty standard w badaniach przesiewowych w kierunku raka piersi. Technika ta jest jednak mniej czuła w odniesieniu do piersi o gęstej strukturze, w przypadku których występuje większe ryzyko zachorowania. Dodatkowo badanie to jest zazwyczaj dostępne wyłącznie dla kobiet powyżej 40. roku życia.
Inne metody diagnostyczne, takie jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, biopsja i scyntygrafia, w dużym stopniu polegają na analizie laboratoryjnej – nie nadają się więc do rutynowych badań przesiewowych. Ponadto niska dostępność sprzętu medycznego i specjalistów w krajach o niskim i średnim dochodzie utrudnia możliwość wykorzystania tych opcji.
Zespół wspieranego w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie” projektu SHINE przygotował demonstrację słuszności koncepcji przenośnego urządzenia elektrochemicznego wykorzystującego struktury mikrofluidyczne naniesione na papier. Ma ono umożliwić szybkie wykrywanie raka piersi na podstawie analizy kropli krwi.
– W 2017 roku płynna biopsja znalazła się na liście 10 najważniejszych nowych technologii przygotowanej przez Światowe Forum Ekonomiczne. Wykorzystując potencjał tej techniki, chcemy sprawić, by nasze przenośne urządzenie – SHINE – było równie proste w użyciu jak glukometry wykorzystywane przez cukrzyków, dzięki czemu będzie dostępne dla osób niebędących specjalistami. W rezultacie kobiety będą mogły szybciej zgłaszać się do lekarza – mówi Arben Merkoçi, koordynator projektu z Katalońskiego Instytutu Nanonauki i Nanotechnologii.
Nadzieja na płynne biopsje
Wykrywanie mutacji DNA i RNA w próbkach krwi, nazywane płynną biopsją, otwiera drogę do nowych metod diagnostycznych. Wykorzystując wiedzę z zakresu biologii molekularnej, nanomateriałów, nanotechnologii DNA i elektroniki drukowanej, zespół projektu SHINE opracował elektrochemiczną platformę diagnostyczną.
Prototyp wykonano, nanosząc woskowe struktury na bibułę filtracyjną z użyciem drukarki woskowej. Następnie metodą sitodruku nadrukowano układ trójelektrodowy. W przypadku elektrody odniesienia użyto tuszu Ag/AgCl, a w przypadku elektrody pracującej i przeciwelektrody – tuszu grafitowego.
Aby umożliwić wykrywanie składników DNA/RNA w niskich stężeniach, na obszary robocze elektrod naniesiono metodą nakraplania (ang. drop casting) nanocząstki złota. Sondy DNA, które wykrywają zmutowaną sekwencję, umieszczono na papierowych paskach.
Platformę przetestowano z użyciem krwi zawierającej pojedynczą nić DNA z mutacją H1047R, którą wiąże się z występowaniem raka piersi. Ocenie poddano dwie metody: signal-off oraz signal-on.
W metodzie signal-off sonda jest znakowana znacznikami elektrochemicznymi nazywanymi mediatorami redoks. Gdy rozpoznana zostanie zmutowana sekwencja, sygnał elektrochemiczny słabnie. W metodzie signal-on mediator redoks jest dodawany dopiero po rozpoznaniu mutacji przez sondę, przy czym mediator silniej adsorbuje się na powierzchni elektrody, co powoduje wzmocnienie sygnału. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Analytical Chemistry".
– Oceniając czułość wykrywania substancji chemicznych, obliczono, że platforma ta cechuje się granicą wykrywalności rzędu sześciu nanomoli. Oznacza to, że jest pod tym względem porównywalna do metod, takich jak ELISA, ale nie jest tak czuła jak czasochłonne testy PCR – wyjaśnia Stefano Cinti, główny badacz.
Według Światowej Organizacji Zdrowia w 2020 roku raka piersi wykryto u 2,3 mln kobiet, choroba ta spowodowała 685 000 zgonów. To najczęściej występujący rodzaj raka – jak pokazują statystyki, pod koniec 2020 roku na całym świecie żyło 7,8 mln kobiet, u których raka piersi zdiagnozowano w ciągu poprzednich 5 lat. Aby poprawić obecną sytuację, choroba ta musi być wykrywana na tyle szybko i wcześnie, by nadal można było ją wyleczyć.
– Prace w ramach projektu SHINE przybliżają nas do dnia, w którym każdy, w każdym miejscu na świecie będzie mógł wykrywać choroby nowotworowe w domu. Skorzystają na tym szczególnie osoby zamieszkujące odległe obszary. Technologia ta może stworzyć nowe możliwości rozwoju opieki spersonalizowanej – dodaje Merkoçi.
Inne metody diagnostyczne, takie jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, biopsja i scyntygrafia, w dużym stopniu polegają na analizie laboratoryjnej – nie nadają się więc do rutynowych badań przesiewowych. Ponadto niska dostępność sprzętu medycznego i specjalistów w krajach o niskim i średnim dochodzie utrudnia możliwość wykorzystania tych opcji.
Zespół wspieranego w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie” projektu SHINE przygotował demonstrację słuszności koncepcji przenośnego urządzenia elektrochemicznego wykorzystującego struktury mikrofluidyczne naniesione na papier. Ma ono umożliwić szybkie wykrywanie raka piersi na podstawie analizy kropli krwi.
– W 2017 roku płynna biopsja znalazła się na liście 10 najważniejszych nowych technologii przygotowanej przez Światowe Forum Ekonomiczne. Wykorzystując potencjał tej techniki, chcemy sprawić, by nasze przenośne urządzenie – SHINE – było równie proste w użyciu jak glukometry wykorzystywane przez cukrzyków, dzięki czemu będzie dostępne dla osób niebędących specjalistami. W rezultacie kobiety będą mogły szybciej zgłaszać się do lekarza – mówi Arben Merkoçi, koordynator projektu z Katalońskiego Instytutu Nanonauki i Nanotechnologii.
Nadzieja na płynne biopsje
Wykrywanie mutacji DNA i RNA w próbkach krwi, nazywane płynną biopsją, otwiera drogę do nowych metod diagnostycznych. Wykorzystując wiedzę z zakresu biologii molekularnej, nanomateriałów, nanotechnologii DNA i elektroniki drukowanej, zespół projektu SHINE opracował elektrochemiczną platformę diagnostyczną.
Prototyp wykonano, nanosząc woskowe struktury na bibułę filtracyjną z użyciem drukarki woskowej. Następnie metodą sitodruku nadrukowano układ trójelektrodowy. W przypadku elektrody odniesienia użyto tuszu Ag/AgCl, a w przypadku elektrody pracującej i przeciwelektrody – tuszu grafitowego.
Aby umożliwić wykrywanie składników DNA/RNA w niskich stężeniach, na obszary robocze elektrod naniesiono metodą nakraplania (ang. drop casting) nanocząstki złota. Sondy DNA, które wykrywają zmutowaną sekwencję, umieszczono na papierowych paskach.
Platformę przetestowano z użyciem krwi zawierającej pojedynczą nić DNA z mutacją H1047R, którą wiąże się z występowaniem raka piersi. Ocenie poddano dwie metody: signal-off oraz signal-on.
W metodzie signal-off sonda jest znakowana znacznikami elektrochemicznymi nazywanymi mediatorami redoks. Gdy rozpoznana zostanie zmutowana sekwencja, sygnał elektrochemiczny słabnie. W metodzie signal-on mediator redoks jest dodawany dopiero po rozpoznaniu mutacji przez sondę, przy czym mediator silniej adsorbuje się na powierzchni elektrody, co powoduje wzmocnienie sygnału. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Analytical Chemistry".
– Oceniając czułość wykrywania substancji chemicznych, obliczono, że platforma ta cechuje się granicą wykrywalności rzędu sześciu nanomoli. Oznacza to, że jest pod tym względem porównywalna do metod, takich jak ELISA, ale nie jest tak czuła jak czasochłonne testy PCR – wyjaśnia Stefano Cinti, główny badacz.
Według Światowej Organizacji Zdrowia w 2020 roku raka piersi wykryto u 2,3 mln kobiet, choroba ta spowodowała 685 000 zgonów. To najczęściej występujący rodzaj raka – jak pokazują statystyki, pod koniec 2020 roku na całym świecie żyło 7,8 mln kobiet, u których raka piersi zdiagnozowano w ciągu poprzednich 5 lat. Aby poprawić obecną sytuację, choroba ta musi być wykrywana na tyle szybko i wcześnie, by nadal można było ją wyleczyć.
– Prace w ramach projektu SHINE przybliżają nas do dnia, w którym każdy, w każdym miejscu na świecie będzie mógł wykrywać choroby nowotworowe w domu. Skorzystają na tym szczególnie osoby zamieszkujące odległe obszary. Technologia ta może stworzyć nowe możliwości rozwoju opieki spersonalizowanej – dodaje Merkoçi.
