Cảm biến dạng hít có thể phát hiện sớm ung thư phổi

Các kỹ sư của viện MIT (Hoa Kỳ) đã thiết kế các hạt chẩn đoán có thể khí dung hóa và hít vào. Với công nghệ mới do MIT phát triển, việc chẩn đoán ung thư phổi có thể trở nên dễ dàng: chỉ cần hít các hạt cảm biến nano và sau đó thực hiện xét nghiệm nước tiểu để xác định xem có khối u hay không.

Ảnh hiển vi điện tử quét các hạt, được phủ bằng cảm biến nano tương tác với các protein liên quan đến ung thư trong phổi

Chẩn đoán mới dựa trên các cảm biến nano có thể bằng ống hít hoặc máy phun sương. Nếu các cảm biến bắt gặp phải các protein liên quan đến ung thư trong phổi, chúng sẽ tạo ra tín hiệu tích tụ trong nước tiểu và tín hiệu này có thể phát hiện được bằng que thử giấy đơn giản. Cách tiếp cận này có khả năng thay thế hoặc bổ sung tiêu chuẩn vàng để chẩn đoán ung thư phổi hiện nay - chụp cắt lớp vi tính liều thấp (CT).

Các nhà nghiên cứu cho biết, nó có thể có tác động đặc biệt đáng kể ở các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình, những nơi không có sẵn máy quét CT rộng rãi.

"Trên khắp thế giới, bệnh ung thư ngày càng trở nên phổ biến ở các nước có thu nhập thấp và trung bình. Dịch tễ học về bệnh ung thư phổi trên toàn cầu là do ô nhiễm và hút thuốc lá”, Sangeeta Bhatia, giáo sư khoa học và công nghệ y tế John và Dorothy Wilson, kỹ thuật điện và khoa học máy tính tại MIT, đồng thời là thành viên của Viện Nghiên cứu Ung thư Tích hợp Koch của MIT và Viện Y tế, cho biết.

Bhatia cũng là tác giả chính của bài báo khoa học đăng trên tạp chí Science Advances. nhà khoa học Qian Zhong của MIT và Edward Tan, cựu tiến sĩ của MIT, là tác giả chính của nghiên cứu.

Các hạt có thể hít vào

Để giúp chẩn đoán ung thư phổi càng sớm càng tốt, Lực lượng đặc nhiệm dịch vụ phòng ngừa bệnh tật Hoa Kỳ (The United States Preventive Services Task Force - USPSTF) khuyến nghị những người nghiện thuốc lá nặng trên 50 tuổi nên chụp CT hàng năm. Tuy nhiên, không phải tất cả mọi người trong nhóm mục tiêu này đều chụp CT và tỷ lệ dương tính giả cao của các lần chụp scan có thể dẫn đến các xét nghiệm xâm lấn, không cần thiết.

Bhatia đã dành cả thập kỷ qua để phát triển các cảm biến nano để sử dụng trong chẩn đoán ung thư và các bệnh khác, và trong nghiên cứu này, cô và các đồng nghiệp đã khám phá ra khả năng sử dụng chúng như một giải pháp thay thế dễ tiếp cận hơn cho việc sàng lọc ung thư phổi bằng CT.

Các phiên bản cảm biến trước đây nhắm vào các vị trí ung thư khác như gan và buồng trứng, được thiết kế để tiêm tĩnh mạch. Để chẩn đoán ung thư phổi, các nhà nghiên cứu muốn tạo ra một phiên bản có thể hít vào, giúp triển khai dễ dàng hơn ở những vùng có nguồn lực thấp hơn. "Khi chúng tôi phát triển công nghệ này, mục tiêu của chúng tôi là cung cấp một phương pháp có thể phát hiện ung thư với độ đặc hiệu và độ nhạy cao, đồng thời hạ thấp ngưỡng tiếp cận, để hy vọng chúng tôi có thể cải thiện sự chênh lệch về nguồn lực và sự bất bình đẳng trong việc phát hiện sớm ung thư phổi", Chung nói. Để đạt được điều đó, các nhà nghiên cứu đã tạo ra hai công thức hạt của họ: một dung dịch có thể được tạo khí dung và phân phối bằng máy phun sương, và một loại bột khô có thể được phân phối bằng ống hít. Một khi các hạt đến phổi, chúng sẽ được hấp thụ vào mô, tại đây chúng gặp bất kỳ protease nào có thể có. Tế bào người có thể biểu hiện hàng trăm loại protease khác nhau và một số trong số chúng hoạt động quá mức trong các khối u. Những protease gây ung thư này phân tách mã vạch ADN khỏi cảm biến, cho phép mã vạch lưu thông trong máu cho đến khi chúng được bài tiết qua nước tiểu.

Trong các phiên bản trước của công nghệ này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phép đo phổ khối để phân tích mẫu nước tiểu và phát hiện mã vạch ADN. Tuy nhiên, phép đo khối phổ yêu cầu cần có các thiết bị có thể không có sẵn ở những quốc gia có nguồn lực hạn chế, vì vậy đối với phiên bản này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một xét nghiệm dòng chảy bên, cho phép phát hiện mã vạch bằng dải thử nghiệm trên giấy.

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế dải này để phát hiện tối đa bốn mã vạch ADN khác nhau, mỗi mã vạch cho biết sự hiện diện của một protease khác nhau. Không cần xử lý trước, nó có thể đọc kết quả khoảng 20 phút sau khi lấy mẫu. "Chúng tôi thực sự đã thúc đẩy xét nghiệm này khả dụng tại các điểm chăm sóc y tế có nguồn lực thấp, vì vậy ý tưởng là không thực hiện bất kỳ quá trình xử lý mẫu nào, không thực hiện bất kỳ khuếch đại nào, chỉ cần đặt mẫu ngay trên giấy và đọc nó trong 20 phút", Bhatia nói. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống chẩn đoán của họ trên những con chuột được biến đổi gen để phát triển các khối u phổi tương tự như những khối u gặp ở người. Các cảm biến được sử dụng 7,5 tuần sau khi khối u bắt đầu hình thành, thời điểm có thể tương quan với bệnh ung thư giai đoạn 1 hoặc 2 ở người.

Trong loạt thí nghiệm đầu tiên trên chuột, các nhà nghiên cứu đã đo mức độ của 20 cảm biến khác nhau được thiết kế để phát hiện các protease khác nhau. Sử dụng thuật toán học máy để phân tích những kết quả đó, họ xác định được sự kết hợp của bốn cảm biến được dự đoán là sẽ cho kết quả chẩn đoán chính xác. Sau đó, họ đã thử nghiệm sự kết hợp đó trên mô hình chuột và phát hiện ra rằng nó có thể phát hiện chính xác các khối u phổi ở giai đoạn đầu.

Để sử dụng ở người, có thể cần nhiều cảm biến hơn để đưa ra chẩn đoán chính xác, nhưng điều đó có thể đạt được bằng cách sử dụng nhiều dải giấy, mỗi dải giấy phát hiện bốn mã vạch ADN khác nhau.

Về lâu dài, họ hy vọng sẽ thực hiện được các thử nghiệm lâm sàng trên bệnh nhân. Hiện công ty Sunbird Bio đã tiến hành thử nghiệm Giai đoạn I trên một cảm biến tương tự do phòng thí nghiệm của Bhatia phát triển, sử dụng trong chẩn đoán ung thư gan và một dạng viêm gan được gọi là viêm gan nhiễm mỡ không do rượu (NASH).

Ở những khu vực có khả năng tiếp cận máy quét CT bị hạn chế trên thế giới, công nghệ này có thể mang lại sự cải thiện đáng kể trong việc sàng lọc ung thư phổi, đặc biệt là vì kết quả có thể thu được chỉ sau một lần khám.

Nguồn :từ trang web:vista.gov.vn.của cục thông tin KH&CN quốc gia