Новый анализ крови может выявить рак мозга за один час

Ученые разработали новый метод диагностики рака мозга, который работает быстрее и менее инвазивен, чем традиционная хирургическая биопсия. Для проведения этого анализа, называемого «жидкостной биопсией», требуется всего 100 микролитров крови, и один час, чтобы выявить биомаркеры, связанные с глиобластомой — самой смертоносной и распространенной формой опухоли мозга.

Этот метод обладает высокой точностью и превосходит все текущие тесты и маркеры для диагностики глиобластомы. Разработчики прототипа утверждают, что он почти готов к практическому использованию. Прорыв в разработке был достигнут благодаря совместной работе ученых из США и Австралии, возглавляемой исследователями из Университета Нотр-Дам.

Хотя их концепция еще не доработана, она представляет собой шаг вперед в области диагностики. Тест основан на обнаружении мутированных биомаркеров в крови, известных как рецепторы эпидермального фактора роста (EGFR), которые в избытке проявляются при некоторых видах рака, включая глиобластому. Эти биомаркеры крови находятся внутри внеклеточных везикул — маленьких упаковок, содержащих белки, липиды и генетический материал, взятый из исходных клеток.

«Внеклеточные везикулы или экзосомы представляют собой особые наночастицы, которые клетки выделяют в окружающую среду», — рассказывает биомолекулярный инженер Сюэ-Чиа Чанг из Нотр-Дама. «Эти частицы значительно крупнее молекул — их размеры в 10–50 раз больше, и они обладают слабым зарядом. Наша технология специально разработана для работы с такими наночастицами, что позволяет нам использовать их характеристики в наших интересах».

Для выявления молекул, выделяемых клетками раковых опухолей, ученые погрузили высокочувствительный биочип в необработанный образец плазмы крови. Стоимость этого чипа составляет менее $2 США, он оснащен миниатюрным датчиком, аналогичным по размеру шариковому кончику. Важная часть интерфейса чипа включает антитела, которые притягиваются к экзосомам, содержащим мутировавшие EGFR. Когда эти EGFR связываются с биочипом, в плазменном растворе возникает изменение напряжения, что приводит к высокому отрицательному заряду и указывает на возможное наличие рака.

В ходе экспериментов био-чип был проверен на клинических образцах крови 20 пациентов с глиобластомой и 10 здоровых людях. Для каждого анализа использовался отдельный чип. Конечный результат показал, что жидкостная биопсия с высокой точностью выявила наличие раковых биомаркеров, и продемонстрировала низкое значение p, что указывает на высокую воспроизводимость теста.

«Наш электрокинетический сенсор позволяет нам делать то, что считается невозможным для других диагностических методов», — говорит биомолекулярный инженер Сатьяджоти Сенапати из университета Нотр-Дам.

«Мы можем непосредственно загружать кровь без предварительной подготовки для изоляции экзосом, потому что наш сенсор не подвержен влиянию других частиц или молекул. Он демонстрирует низкий уровень шума и делает нашу технологию более чувствительной для выявления заболеваний, чем другие технологии».

В рамках экспериментов, по словам Сенапати и его коллег, био-чип способен точно обнаруживать и измерять концентрации экзосом, даже если их доля составляет всего 0,01%. Это открытие может значительно повлиять на исследования рака, открытие биомаркеров и мониторинг заболеваний, не ограничиваясь раком мозга. Тем не менее, остаются некоторые недоработки, которые предстоит исправить.

Мутации в рецепторах эпидермального фактора роста (EGFR) связаны не только с глиобластомами, но и с другими заболеваниями, такими как колоректальный рак. «Таким образом, активная и полная сигнатура EGFR не обязательно указывает на наличие именно глиобластомы», — пишут авторы. «Также у пациентов с глиобластомой могут наблюдаться амплифицированные или мутированные формы EGFR, но это заболевание может проявляться и в формах, которые не зависят от EGFR».

Это означает, что тест не способен диагностировать все случаи возможных глиобластом. Он также не может определить, какой тип рака у пациента, где именно он локализуется или на какой стадии находится болезнь. Для разработки более специфического теста, исследователи считают необходимым изучить большее количество пациентов с глиобластомой, чтобы найти уникальные биомаркеры в их крови.

Ранее исследователи из Гетеборгского университета создали модель ИИ, которая повышает возможности обнаружения рака с помощью анализа сахара. Эта модель ИИ превосходит существующие полуручные методы по скорости и точности выявления аномалий.