Nový krvný test by mohol odhaliť rakovinu ešte skôr, než ju ukážu CT snímky. Zachytiť by sme ju mohli v zárodkoch
Vedci vyvinuli optický senzor, ktorý dokáže z krvi zachytiť extrémne nízke množstvá biomarkerov rakoviny bez chemického zosilňovania.
Rakovinu dnes často zachytíme až vtedy, keď je viditeľná na CT. Lenže v tele sa toho deje oveľa viac ešte predtým, než sa objaví tieň na snímke. A práve na túto neviditeľnú fázu si teraz posvietili vedci.
Neprišli ale s novým typom skenera a nehovoria ani o lepšom zobrazovaní. Tvrdia, že by to mohlo ísť cez obyčajnú krv. Konkrétne cez meranie veľmi slabého svetelného signálu, ktorý reaguje na prítomnosť biomarkerov.
Za vývojom stojí tím zo Shenzhen University. Kombinujú optiku, DNA nanokonštrukcie a technológiu CRISPR. Výsledkom ich práce je senzor, ktorý má byť taký citlivý, že zachytí aj extrémne malé množstvo molekúl spojených s rakovinou.
Najväčší problém nie je nájsť nádor, ale nájsť ho včas
Biomarkery, napríklad fragmenty DNA, mikroRNA alebo špecifické proteíny, dokážu signalizovať prítomnosť nádoru ešte predtým, než je viditeľný na zobrazovacích vyšetreniach. Problém je v tom, že v najskoršej fáze ochorenia sú ich koncentrácie extrémne nízke.
Väčšina dnešných testov preto využíva chemické zosilňovanie signálu. To znamená viac krokov, viac času, vyššie náklady a vyššiu technickú náročnosť. Existujú síce veľmi pokročilé metódy, ktoré dokážu zachytiť aj stopové množstvá genetického materiálu, no nejde o jednoduchý test. Vzorka musí ísť do špecializovaného laboratória, spracovanie trvá niekoľko dní a výsledok nie je okamžitý.
Neprehliadni
Práve toto chce nový optický senzor obísť. Namiesto chemického zosilňovania sa snaží zachytiť signál priamo, bez zbytočných medzikrokov a zdĺhavého laboratórneho spracovania.
Takto vyzerá tekutá biopsia bez zdĺhavého sekvenovania
V onkológii sa už roky používa pojem tekutá biopsia. Ide o analýzu biomarkerov z krvi namiesto klasického odberu tkaniva z nádoru. Je to jeden z najambicióznejších cieľov modernej medicíny, pretože umožňuje sledovať nádor bez invazívneho zákroku.
Tento senzor možno chápať ako novú generáciu tekutej biopsie. Kým doterajšie metódy sa opierajú o genetickú analýzu a sekvenovanie, tu sa pracuje s optickým javom nazývaným druhá harmonická generácia, skrátene SHG.
Ide o nelineárny optický efekt, pri ktorom sa dopadajúce svetlo premieňa na svetlo s polovičnou vlnovou dĺžkou. Výhoda je, že SHG produkuje minimálny šum pozadia. Ak sa zmení intenzita signálu, zmena je jasne merateľná.
DNA v tomto prípade neprenáša informáciu. Drží konštrukciu pokope
Kľúčovou časťou systému je materiál MoS₂, teda molybdendisulfid, dvojrozmerný polovodič. Na jeho povrchu prebieha samotný optický jav.
Vedci však potrebovali extrémne presne umiestniť aktívne prvky. A tu prichádza to najzaujímavejšie. DNA tu nefunguje ako nosič genetickej informácie. Funguje ako stavebný materiál. Vytvorili z nej malé tetraédre, teda pyramídové nanokonštrukcie.
V tomto prípade DNA neslúži na prenášanie genetickej informácie, ako ju poznáme z učebníc. Vedci ju používajú ako stavebný materiál. Z jednotlivých kúskov DNA vytvoria malú trojrozmernú „pyramídu“, ktorá funguje ako držiak. Táto konštrukcia presne určuje, kde budú umiestnené ďalšie časti senzora. DNA teda neplní biologickú úlohu, ale mechanickú. Je to mikroskopická konštrukcia, ktorá drží celý systém v správnej vzdialenosti a polohe.
Táto vzdialenosť je kľúčová. Svetelný jav, ktorý senzor meria, funguje správne len vtedy, keď sú tieto časti od seba presne oddelené. Ak sa v krvi objaví cieľový biomarker, aktivuje sa mechanizmus CRISPR a DNA konštrukcia sa naruší. Kvantové bodky sa posunú alebo oddelia a tým sa zmení správanie svetla na povrchu senzora. A práve táto zmena je signál, ktorý zariadenie zachytí.
Nestačí nádor nájsť. Treba tiež vedieť, či liečba zaberá
Včasná diagnostika je len jedna časť príbehu. Druhá, možno ešte dôležitejšia, je monitoring liečby.
Dnes sa účinnosť chemoterapie alebo cielenej liečby často hodnotí až po mesiacoch, keď sa urobí kontrolné CT vyšetrenie. Ak nádor neklesá, stratil sa drahocenný čas.
Takto citlivý optický senzor by teoreticky umožnil sledovať hladiny biomarkerov denne alebo týždenne. Ak hladina neklesá, lekár môže liečbu upraviť okamžite. Namiesto čakania na vizuálne zmenšenie nádoru by mal k dispozícii molekulárny signál takmer v reálnom čase.
Čo ukázali prvé testy na rakovine pľúc
Vedci si ako prvý cieľ vybrali biomarker miR-21, ktorý sa často spája s rakovinou pľúc. Najskôr systém otestovali v ideálnych laboratórnych podmienkach. Keď fungoval tam, vyskúšali ho aj na ľudskom sére, teda na vzorkách, ktoré už viac pripomínajú reálny krvný test. Tvrdia, že dokázali zachytiť naozaj extrémne malé množstvo tejto molekuly a zároveň nereagovali na iné, podobné RNA. Inými slovami, senzor sa nemýlil a „neskočil“ na nesprávny cieľ.
Treba ale povedať, že stále išlo o laboratórne podmienky. Až väčšie klinické štúdie ukážu, či bude systém rovnako spoľahlivý aj mimo kontrolovaného prostredia.
