Ultraczułe bioczujniki wykrywają raka w badaniu krwi
Rak jelita grubego jest drugim najczęściej występującym nowotworem w Europie pod względem zachorowalności i śmiertelności. Choć wczesna diagnoza istotnie zwiększa efekty leczenia, realizacja programów badań przesiewowych w większych populacjach pacjentów jest niska ze względu na inwazyjny charakter kolonoskopii. Aby zapewnić szybką diagnostykę raka, w ramach finansowanego ze środków UE projektu ULTRAPLACAD opracowano platformę in vitro służącą do wykrywania krążących we krwi biomarkerów nowotworowych w postaci białka i kwasu nukleinowego. „Naszym celem było tysiąckrotne zwiększenie czułości wykrywania biomarkerów, czterokrotne obniżenie kosztów oraz skrócenie czasu analizy do jednej godziny”, tłumaczy koordynator projektu, prof. Giuseppe Spoto z Uniwersytetu w Katanii we Włoszech. W skład zespołu projektu weszło 13 partnerów z całej Europy posiadających interdyscyplinarne kompetencje, w tym pionierzy z dziedziny rezonansu plazmonów powierzchniowych. Innowacyjne technologie W urządzeniu ULTRAPLACAD zintegrowano obwód mikroprzepływowy z funkcjonalizowanymi nanochipami. Stanowi ono zatem połączenie techniki rezonansu plazmonów powierzchniowych z wykorzystaniem nanostruktur (NESPRI) z techniką spektroskopii fluorescencyjnej wzmocnionej powierzchniowo (PEFSI). Obie innowacyjne technologie detekcji zapewniają ultraczułe pomiary i zmniejszają potrzebę chemicznego modyfikowania próbek. Sam projekt chipu, architektura powierzchni oraz funkcjonalizacja chemiczna nanostruktur umożliwiają jednoczesne pomiary wielu markerów. Dokonano syntezy specyficznych sond w celu przeprowadzenia wydajnej detekcji kwasu nukleinowego, np. mutacji Ras czy miRNA. Jednorazowe chipy są produkowane na masową skalę w sposób zautomatyzowany, co zmniejsza koszty analizy. Konwencjonalna metoda wykrywania znikomych ilości DNA uwolnionego do płynów ustrojowych przez komórki rakowe wymaga wstępnego powielenia łańcucha DNA metodą reakcji łańcuchowej polimerazy. Innowacyjność technologii ULTRAPLACAD polega na wyeliminowaniu etapu enzymatycznego wzmacniania łańcucha DNA w materiale pobranym metodą płynnej biopsji, co pozwala uniknąć potencjalnych błędów podczas analizy. Tym co sprawia, że urządzenie ULTRAPLACAD jest tak wyjątkowe, a jego pomiary tak dokładne jest bimodalny czytnik NESPRI i PEFSI. Jak podkreśla prof. Spoto: „Główną zaletą tego urządzenia jest fakt, że potrafi wykrywać zarówno kwasy nukleinowe, jak i białka wykorzystując do tego celu jeden system oparty na jednorazowych chipach”. Prototyp ULTRAPLACAD poddano walidacji na modelach zwierzęcych i próbkach pobranych od pacjentów z rakiem jelita grubego. Wyniki pokazały, że czułość urządzenia jest większa w porównaniu do tradycyjnych systemów detekcji, zaś sama analiza przebiega szybciej i jest łatwiejsza do przeprowadzenia. Przyszłość ULTRAPLACAD Niewątpliwie połączenie detekcji sekwencji DNA pochodzącego z komórek nowotworowych i wybranych autoprzeciwciał nowotworowych stanowi skuteczne podejście do wykrywania nowotworów. ULTRAPLACAD jest wyjątkową platformą zdolną do wykrywania biomarkerów rakowych zarówno w postaci fragmentów DNA, jak i białek, co upraszcza proces diagnostyczny i badania kontrolne pacjentów. Biorąc pod uwagę ograniczenia istniejących badań przesiewowych w kierunku raka jelita grubego, technologia ULTRAPLACAD stanowi nieinwazyjną alternatywę dla osób z grupy średniego ryzyka, u których nie wystąpiły objawy choroby. To rozwiązanie pozwoli zmniejszyć liczbę inwazyjnych procedur i koszty z tym związane, a także poprawi opiekę nad pacjentami i przestrzeganie przez nich zaleceń lekarskich. Choć platforma została specjalnie wyprodukowana z myślą o wczesnej diagnozie i rokowaniu w przebiegu raka jelita grubego, jej zastosowanie może objąć również inne rodzaje nowotworów. W dłuższej perspektywie planuje się rozszerzenie zakresu stosowania o badanie heterogeniczności molekularnej poszczególnych nowotworów, co pozwoli na stratyfikację choroby i wdrożenie spersonalizowanej terapii. Prof. Spoto przewiduje, że: „Urządzenie ULTRAPLACAD przyczyni się do zrewolucjonizowania diagnostyki molekularnej raka i odmieni standardy opieki nad pacjentami onkologicznymi”.
Słowa kluczowe
ULTRAPLACAD, biomarker, rak jelita grubego, DNA, autoprzeciwciała nowotworowe, rezonans plazmonów powierzchniowych wzmocniony nanostrukturą (NESPRI), spektroskopia fluorescencyjna wzmocniona plazmonami (PEFSI)
