Inhaleerbare nano-onderzoekers detecteren longkanker – forschung.de
Diep ademhalen en daaropvolgende urinetest in plaats van ingewikkelde tests: Onderzoekers hebben een ongecompliceerde procedure ontwikkeld voor het diagnosticeren van vroege longkanker. De biologisch afbreekbare nanosensoren worden via een inhalator in de longen geïnhaleerd. Als ze daar tumorweefsel tegenkomen, komen er reporter-DNA-moleculen vrij, die vervolgens in de urine terechtkomen en met een eenvoudig papieren teststripje kunnen worden opgespoord. Wetenschappers zeggen dat succesvolle tests op muizen tot nu toe hoop geven dat het concept zich zal ontwikkelen tot een direct beschikbaar alternatief voor meer geavanceerde detectiemethoden.
Vroege detectie is de sleutel tot succes: voor veel soorten kanker zijn er nu goede kansen op genezing als de ziekte in een vroeg ontwikkelingsstadium wordt ontdekt. Dit geldt ook voor één van de meest voorkomende oncologische ziekten wereldwijd: longkanker. Tot nu toe werden computertomografie (CT)-scans gebruikt voor een vroege diagnose van deze ziekte. Dit is echter een zeer complex proces en vereist dure apparatuur en bekwaam personeel.
Om deze reden zijn CT-scans in sommige delen van de wereld vaak niet beschikbaar voor mensen. Bovendien kan bij deze procedure vaak een onjuiste diagnose optreden, wat leidt tot onnodige vervolgonderzoeken. “In ons ontwikkelingswerk wilden we een methode bieden die longkanker met een hoge mate van specificiteit en gevoeligheid kan detecteren en tegelijkertijd de toegankelijkheidsdrempel kan verlagen”, zegt eerste auteur Qian Zhong van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge.
Detecteer tumoren op intelligente wijze
Het oplossingsconcept dat Zhong en zijn collega's nu presenteren, is gebaseerd op speciaal ontworpen nanosensoren die via een inhalator in de vorm van een nevel kunnen worden ingeademd. De kleine stukjes bestaan uit een gemakkelijk biologisch afbreekbare polymeerbasisstructuur waaraan 'reporter-DNA'-moleculen zijn bevestigd via specifieke eiwitlinkers. Zodra de deeltjes de longen bereiken, worden ze in de weefsels opgenomen en raken ze eventueel aanwezig tumorweefsel. Nanosensoren kunnen het herkennen aan een specifieke eigenschap: kankerweefsel geeft specifieke enzymen vrij die eiwitten afbreken. Deze zogenaamde proteasen helpen prolifererende cellen onder meer om zich in het lichaam te vestigen door weefselstructuren door te snijden.
Onderzoekers hebben nu de verbindingen tussen de kernstructuur van de deeltjes en de tRNA-moleculen zo ontworpen dat ze specifiek worden geknipt door typische tumorproteasen. De gescheiden reporter-DNA-moleculen kunnen vervolgens in de bloedbaan terechtkomen, waar de nieren deze moleculen uiteindelijk uitfilteren en in de urine afgeven. Ze kunnen vervolgens worden gedetecteerd met behulp van een teststrip die specifieke bindingspartners voor de reporter-DNA-moleculen bevat. Er is geen voorbehandeling of voorbereiding van het urinemonster vereist en de resultaten kunnen ongeveer 20 minuten nadat het monster is genomen worden afgelezen, rapporteerden de onderzoekers.
Veelbelovende testresultaten
Om te testen of het systeem doet wat het belooft, hebben Zhong en zijn team onderzoeken uitgevoerd op speciaal ontwikkelde muizenstammen die longtumoren ontwikkelen die vergelijkbaar zijn met die bij mensen. De sensoren werden ongeveer zeven weken nadat de tumorvorming begon, via inhalatie aan deze dieren toegediend. Wetenschappers leggen uit dat de timing overeenkomt met een vroeg stadium van de ontwikkeling van kanker bij mensen. In hun eerste reeks experimenten registreerden ze de waarden van twintig verschillende sensoren die verschillende proteasen detecteren. De onderzoekers meldden dat een combinatie van vier sensoren dan optimaal bleek: in een muismodel konden ze met een hoog slagingspercentage longtumoren in een vroeg stadium detecteren.
Na deze veelbelovende resultaten willen ze nu mogelijke toepassingen van het diagnostische systeem bij mensen onderzoeken. Zhong en zijn collega's zijn in eerste instantie van plan studies uit te voeren op menselijke weefselmonsters om te zien of de sensorarray die ze gebruikten ook in dit geval kan worden gebruikt. Vervolgens hopen ze binnenkort klinische studies bij patiënten uit te kunnen voeren om hun doel verder te bereiken: het bieden van een nauwkeurige maar ongecompliceerde technologie voor vroege detectie van longkanker, die ook voorheen achtergestelde bevolkingsgroepen in de wereld kan bereiken.
Bron: Massachusetts Institute of Technology, gespecialiseerd artikel: Wetenschappelijke vooruitgang, doi: 10.1126/sciadv.adj9591
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”