Mobilna aparatura obiecująca wcześniejsze wykrywanie raka piersi
Możliwość wykonywania płynnej biopsji w miejscu opieki nad pacjentem może znacznie zwiększyć dokładność tradycyjnych metod diagnostycznych, zapewniając uzyskanie wyników w szybkim czasie (od kilku minut do paru godzin) i w ramach jednej wizyty. Dzięki szybszej diagnozie zwiększa się również prawdopodobieństwo powodzenia leczenia. Trudności nastręczają jednak dwie kwestie – niskie stężenie biomarkerów, które może zmniejszać skuteczność wykrycia nowotworu, oraz niska swoistość, która utrudnia rozróżnienie między zmianami rakowymi a nierakowymi. Co więcej, brak standaryzowanych protokołów i procedur walidacji powoduje rozbieżność metod i wyników, a ich interpretacja zależy również od poziomu wiedzy z zakresu kilku specjalizacji. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu SERENA opracowano platformę diagnostyczną, która stanowi niezwykle obiecujące narzędzie monitorowania biomarkerów potrójnie ujemnego raka piersi, ponieważ potrafi wykryć niewielkie i długie sekwencje RNA w ciągu kilku minut z wysoką czułością i swoistością. „Szybkość, przenośność i łatwość obsługi naszego urządzenia sprawiają, że doskonale nadaje się ono do badań w miejscu opieki nad pacjentem, umożliwiając diagnozę na miejscu, a co za tym idzie możliwość natychmiastowego podjęcia decyzji przez lekarzy. Moduł komunikacji bliskiego zasięgu umożliwia monitorowanie biomarkerów w czasie rzeczywistym, dzięki czemu możliwe jest wdrożenie spersonalizowanego leczenia”, zauważa Arben Merkoçi, koordynator projektu SERENA.
Wykrywanie biomarkerów potrójnie ujemnego raka piersi
Zespół projektu SERENA koncentruje się na potrójnie ujemnym raku piersi – szczególnie agresywnej i trudnej w leczeniu formie raka, którą wyróżnia brak trzech receptorów najczęściej występujących w innych typach raka. Biorąc pod uwagę, że w tym rodzaju raka istnieje zwiększone ryzyko zgonu pacjentek w ciągu pięciu lat od diagnozy, wczesne wykrycie ma nadrzędne znaczenie. „Tworząc opłacalne, nieinwazyjne narzędzie służące do wczesnego wykrywania, pragniemy poprawić wskaźniki przeżywalności kobiet, jednocześnie eliminując istniejącą w medycynie lukę między kobietami i mężczyznami”, wyjaśnia Marianna Rossetti, stypendystka działań „Maria Skłodowska-Curie” i główna badaczka projektu. Platforma opracowana w ramach projektu SERENA pozwala na monitorowanie kilku biomarkerów potrójnie ujemnego raka piersi, jakimi są niekodujące RNA: mikroRNA (miRNA) składające się z około 20–25 nukleotydów oraz długie niekodujące RNA (lncRNA), zwykle posiadające ponad 200 nukleotydów. Cząsteczki RNA są obecnie uważane za istotne regulatory różnych procesów biologicznych, w tym także tych związanych z nowotworami. W związku z tym miRNA i lncRNA jawią się jako obiecujące biomarkery raka ze względu na ich rozregulowane wzorce ekspresji w przypadku komórek nowotworowych. Ponadto z najnowszych badań wynika wyraźnie, że wpływają one również na proces powstawania nowotworów. „Cząsteczki te mogą być wykrywane we krwi, surowicy, osoczu, moczu i ślinie, dzięki czemu idealnie nadają się do nieinwazyjnej diagnostyki i monitorowania raka w oparciu o badanie płynnej biopsji”, dodaje Merkoçi.
Połączenie najnowszych technik DNA i nanotechnologii
W ramach projektu SERENA wykorzystano unikalne właściwości hybrydowych kompozytów opartych na grafenie i nanocząsteczkach i w ten sposób opracowano zminiaturyzowane elektrody sitodrukowane (SPE), które następnie umieszcza się na urządzeniu elektrochemicznym przeznaczonym do badań przyłóżkowych. Do wytworzenia elektrod ze zredukowanego tlenku grafenu użyto laserów działających w podczerwieni. Pozwalają one na większą czułość i selektywność bioczujników, zaś powłoka z nanocząstek złota oferuje poprawę wydajności elektrochemicznej. Układ ten został następnie zamontowany na elastycznych wspornikach. Do hybrydowych kompozytów na bazie grafenu zamocowano sondy DNA, które zostały zaprojektowane tak, aby – podobnie jak elementy układanki – idealnie pasowały do poszukiwanych przez siebie cząsteczek miRNA lub lncRNA. Gdy cząsteczki docelowe są obecne w badanej próbce, wiążą się z komplementarnymi sondami, tworząc hybrydy, które zmieniają sygnał elektryczny – wskazując tym samym na obecność poszukiwanych cząsteczek. Badania dotyczące czułości, selektywności i odtwarzalności pozwoliły ocenić reakcję elektrochemiczną elektrod w obecności docelowych kwasów nukleinowych oraz ustalić limity wykrywalności, przy jednoczesnej optymalizacji parametrów eksperymentalnych, takich jak czas hybrydyzacji i temperatura. Zespół ocenił również specyficzność platformy, testując jej reakcję na inne niż docelowe kwasy nukleinowe lub potencjalnie zakłócające substancje powszechnie występujące w próbkach biologicznych.
Powszechny dostęp do jakościowej opieki zdrowotnej
Z danych statystycznych wynika, że rak piersi jest najczęściej diagnozowanym nowotworem w Unii Europejskiej. Fakt, że w 2022 roku zgłoszono niemalże 380 000 przypadków, ewidentnie wskazuje na pilną potrzebę opracowania i wdrożenia innowacyjnych podejść, takich jak to proponowane przez zespół projektu SERENA. To nowe przenośne urządzenie wspiera nie tylko pacjentów, ale również unijne ambicje w zakresie powszechnego dostępu do opieki zdrowotnej wysokiej jakości, przyczyniając się do zmniejszenia nierówności pod względem stanu zdrowia. Aby jednak przygotować urządzenie na potrzeby praktycznych zastosowań, najpierw należy przeprowadzić zakrojone na szeroką skalę badania walidacyjne w warunkach klinicznych z udziałem różnych populacji pacjentów. Jednocześnie Rossetti uczestniczy w finansowanym ze środków UE projekcie 2D-BioPAD, w którym pomaga w opracowaniu bioplatformy na bazie grafenu służącej do wczesnego wykrywania i monitorowania choroby Alzheimera w miejscu opieki nad pacjentem.
Słowa kluczowe
SERENA, rak piersi, płynna biopsja, badanie, biomarker, diagnoza, RNA, elektrody, nanocząsteczki, grafen
