Sensori inalabili potrebbero consentire la rilevazione precoce del cancro ai polmoni.

5 gennaio 2024

Questo articolo è stato revisionato secondo i processi editoriali e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo l'attendibilità dei contenuti:

• verifica dei fatti
• pubblicazione revisionata da pari
• fonte affidabile
• proofread

da Massachusetts Institute of Technology

Utilizzando una nuova tecnologia sviluppata presso il MIT, la diagnosi del cancro ai polmoni potrebbe diventare semplice come inalare nanosensori di nanoparticelle e poi sottoporsi a un test delle urine che rivelerà la presenza di un tumore.

La nuova diagnostica si basa su nanosensori che possono essere somministrati tramite un inalatore o un nebulizzatore. Se i sensori incontrano proteine associate al cancro nei polmoni, producono un segnale che si accumula nelle urine, dove può essere rilevato con una semplice striscia di test di carta.

Questa approccio potrebbe potenzialmente sostituire o integrare lo standard corrente per la diagnosi del cancro ai polmoni, la tomografia computerizzata a basso dosaggio (CT). Secondo i ricercatori, potrebbe avere un impatto particolarmente significativo nei paesi a basso e medio reddito che non dispongono di un'ampia disponibilità di scanner CT.

"In tutto il mondo il cancro diventerà sempre più diffuso nei paesi a basso e medio reddito. L'epidemiologia del cancro ai polmoni a livello globale indica che è causata dall'inquinamento e dal fumo, quindi sappiamo che questi sono contesti in cui l'accessibilità a questo tipo di tecnologia potrebbe avere un grande impatto", afferma Sangeeta Bhatia, professore di salute e tecnologia delle scienze presso il MIT e membro dell'Istituto Koch del MIT per la ricerca sul cancro integrata e dell'Istituto per l'ingegneria e la scienza mediche.

Bhatia è l'autore principale dell'articolo, pubblicato su Science Advances. Qian Zhong, uno studioso di ricerca del MIT, ed Edward Tan, un ex dottorando del MIT, sono gli autori principali dello studio.

Per contribuire a diagnosticare il cancro ai polmoni il più presto possibile, il U.S. Preventive Services Task Force raccomanda che i fumatori pesanti di età superiore ai 50 anni siano sottoposti a scansioni CT annuali. Tuttavia, non tutti in questo gruppo target ricevono queste scansioni, e l'alta percentuale di falsi positivi delle scansioni può portare a test invasivi non necessari.

Bhatia ha trascorso l'ultima decade a sviluppare nanosensori per la diagnosi del cancro e di altre malattie, e in questo studio, lei e i suoi colleghi hanno esplorato la possibilità di utilizzarli come alternativa più accessibile alla screening del CT per il cancro ai polmoni.

Questi sensori consistono in nanoparticelle di polimero rivestite con un marcatore, come un codice a barre DNA, che viene distaccato dalla particella quando il sensore incontra enzimi chiamati proteasi, spesso sovraattivi nei tumori. Questi marcatori alla fine si accumulano nelle urine ed escono dal corpo.

Le versioni precedenti dei sensori, che miravano ad altri siti di cancro come il fegato e le ovaie, erano progettate per essere somministrate per via endovenosa. Per la diagnosi del cancro ai polmoni, i ricercatori volevano creare una versione che potesse essere inalata, il che potrebbe renderla più facile da utilizzare in contesti con risorse limitate.

"Quando abbiamo sviluppato questa tecnologia, il nostro obiettivo era fornire un metodo che potesse rilevare il cancro con alta specificità e sensibilità e abbassare la soglia di accessibilità, in modo da migliorare sperabilmente la disparità e l'inequità delle risorse nella diagnosi precoce del cancro ai polmoni", afferma Zhong.

Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno creato due formulazioni delle loro particelle: una soluzione che può essere aerosolizzata e consegnata con un nebulizzatore, e una polvere secca che può essere consegnata utilizzando un inalatore.

Una volta che le particelle raggiungono i polmoni, vengono assorbite nei tessuti, dove incontrano eventuali proteasi presenti. Le cellule umane possono esprimere centinaia di diverse proteasi e alcune di esse sono sovraattive nei tumori, dove aiutano le cellule tumorali a sfuggire alle loro posizioni originali tagliando le proteine della matrice extracellulare.

Queste proteasi cancerose distaccano i codici a barre DNA dai sensori, consentendo ai codici a barre di circolare nel sangue fino a quando non vengono escreto nelle urine.

Nelle versioni precedenti di questa tecnologia, i ricercatori hanno utilizzato lo spettrometro di massa per analizzare il campione di urine e rilevare i codici a barre del DNA. Tuttavia, lo spettrometro di massa richiede attrezzature che potrebbero non essere disponibili in aree con risorse limitate, quindi per questa versione i ricercatori hanno creato un saggio a flusso laterale, che consente di rilevare i codici a barre utilizzando una striscia di test di carta.

I ricercatori hanno progettato la striscia per rilevare fino a quattro diversi codici a barre del DNA, ognuno dei quali indica la presenza di una diversa proteasi. Non è richiesto alcun trattamento preliminare o elaborazione del campione di urine e i risultati possono essere letti circa 20 minuti dopo il prelievo del campione.

'We were really pushing this assay to be point-of-care available in a low-resource setting, so the idea was to not do any sample processing, not do any amplification, just to be able to put the sample right on the paper and read it out in 20 minutes,' Bhatia says.

The researchers tested their diagnostic system in mice that are genetically engineered to develop lung tumors similar to those seen in humans. The sensors were administered 7.5 weeks after the tumors started to form, a time point that would likely correlate with stage 1 or 2 cancer in humans.

In their first set of experiments in the mice, the researchers measured the levels of 20 different sensors designed to detect different proteases. Using a machine learning algorithm to analyze those results, the researchers identified a combination of just four sensors that was predicted to give accurate diagnostic results. They then tested that combination in the mouse model and found that it could accurately detect early-stage lung tumors.

For use in humans, it's possible that more sensors might be needed to make an accurate diagnosis, but that could be achieved by using multiple paper strips, each of which detects four different DNA barcodes, the researchers say.

The researchers now plan to analyze human biopsy samples to see if the sensor panels they are using would also work to detect human cancers. In the longer term, they hope to perform clinical trials in human patients. A company called Sunbird Bio has already run Phase I trials on a similar sensor developed by Bhatia's lab, for use in diagnosing liver cancer and a form of hepatitis known as nonalcoholic steatohepatitis (NASH).

In parts of the world where there is limited access to CT scanning, this technology could offer a dramatic improvement in lung cancer screening, especially since the results can be obtained during a single visit.

'The idea would be you come in and then you get an answer about whether you need a follow-up test or not, and we could get patients who have early lesions into the system so that they could get curative surgery or lifesaving medicines,' Bhatia says.

Journal information: Science Advances

Provided by Massachusetts Institute of Technology

This story is republished courtesy of MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), a popular site that covers news about MIT research, innovation and teaching.