Skip to main content

Self-Healthcare for breast cancer detection using an INtegrated paper-based Electrochemical device

Article Category

Article available in the folowing languages:

Przenośne urządzenie do szybkiej diagnostyki raka piersi

Rozpoznanie raka piersi u kobiet często następuje zbyt późno, by można było podjąć skuteczne leczenie. Opracowany przez zespół projektu SHINE demonstrator przenośnego, niedrogiego urządzenia diagnostycznego wykrywającego mutacje DNA w próbce krwi może być używany przez osoby niebędące specjalistami oraz mieszkańców obszarów z nierozwiniętą infrastrukturą medyczną.

Zdrowie

Mammografia, złoty standard w badaniach przesiewowych w kierunku raka piersi, to jedyna metoda diagnostyczna pozwalająca zmniejszyć liczbę zgonów. 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, są kłopotliwe i 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 całkowicie wyklucza 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 pełniącego rolę gospodarza projektu.

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. „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. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Analytical Chemistry.

Przenośne rozwiązanie do wykorzystania w medycynie spersonalizowanej

Według Światowej Organizacji Zdrowia w 2020 roku raka piersi wykryto u 2,3 miliona kobiet, a choroba ta spowodowała 685 000 zgonów. To najczęściej występujący rodzaj raka – jak pokazują statystyki, pod koniec 2020 roku na całym świecie żyło 7,8 miliona 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. Kolejnym etapem projektu będzie szukanie inwestorów, którzy sfinansują badania kliniczne.

Słowa kluczowe

SHINE, diagnoza, rak piersi, badania przesiewowe, opieka spersonalizowana, mediator redoks, DNA, RNA, sonda, elektroda, nano

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania