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 таких наночастиц, что позволяет нам использовать их характеристики для наших целей».

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 биочип был проверен на клинических образцах крови 20 пациентов с глиобластомой и 10 здоровых людей. 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, биочип способен точно обнаруживать и измерять концентрации экзосом, даже если их доля составляет всего 0,01%. Это 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 возможность обнаружения рака с помощью анализа сахара. Эта модель ИИ превосходит существующие полуручные методы по скорости и точности выявления аномалий.