Дослідники розробили інноваційний тест для виявлення колоректального раку, який можна пройти всього за 20 хвилин.

Розроблений науковцями оптичний біосенсор здатен оперативно виявляти ракову ДНК у крові, використовуючи всього лише невелику кількість зразка та світлові технології. Цей інноваційний підхід обіцяє швидке і безпечне скринінгування на предмет наявності захворювання. Таке відкриття має потенціал врятувати мільйони життів людей, які можуть навіть не підозрювати про свою хворобу.

Повідомляючи про світлове виявлення за допомогою машинного навчання, команда Корейського інституту матеріалознавства (KIMS) під керівництвом доктора Хо Сан Джун продемонструвала метод, який ідентифікує метильовану ДНК, ключовий індикатор раку, на наднизьких рівнях протягом 20 хвилин, як повідомляє ScienceBlog.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найцікавіші новини зі світу науки!

Дослідження, яке було опубліковане в журналі Advanced Science, показало вражаючу точність у 99% при відмінності між пацієнтами з колоректальним раком та здоровими особами, використовуючи всього лише дві краплі крові.

Розробка вчених використовує "плазмонне молекулярне утримання" (PME) -- наноструктуру на основі золота, яка формує нанорозмірні гарячі точки саме в тих місцях, де ДНК пухлини потрапляє на датчик. Ці гарячі точки посилюють молекулярний світловий сигнал у понад 100 мільйонів разів, функціонуючи як мікроскопічний мегафон для молекул ДНК. Біосенсор виявляє метильовану ДНК за концентрації 25 фг/мл, що приблизно дорівнює одній 25 000-ій частині зерна цукру, розчиненого в краплі води, що набагато перевершує традиційні інструменти виявлення захворювання.

Метилювання ДНК впливає на регуляцію генетичної активності. У контексті ракових захворювань відзначається загальне зниження метилювання, що призводить до нестабільності геному, в той час як окремі регіони можуть піддаватися підвищеному метилюванню. Цей механізм слугує індикатором, що допомагає диференціювати між цими двома процесами, забезпечуючи детальне уявлення про стадію розвитку хвороби.

Клінічні випробування показали, що пристрій розрізняє стадії раку з чіткими патернами метилювання: рівні метилювання знижувалися з 14,4% на стадії I до 11,2% на стадії IV, що корелює зі збільшенням тяжкості пухлини. Чутливість сягала 86,7% до 93,3% на окремих стадіях, зі 100% чутливістю і 98,3% специфічністю сенсора в цілому. Команда підтвердила ці результати за допомогою п'ятикратної перехресної перевірки, досягнувши точності до 93,8%.

Комп'ютерну програму, навчену розпізнавати закономірності у світлі, використовували для вимірювання ступеня хімічної зміни ДНК, яка часто відбувається за наявності раку. Програма фокусувалася на конкретному сигналі на 1482 зворотних сантиметрах. В онкологічних пацієнтів близько 12,7% ДНК зазнало таких змін, тоді як у здорових людей цей показник становив близько 15,9%. Нижчий показник в онкологічних пацієнтів вказує на добре відому зміну, пов'язану з раком, яка називається глобальним гіпометилюванням.

Потужна візуалізація продемонструвала, що сенсор формує мікроскопічні зазори розміром 2,52 нанометра між золотими частками при взаємодії з раковою ДНК. Ці мініатюрні простори генерують інтенсивні електричні поля безпосередньо в зоні присутності ДНК, що сприяє легшому виявленню слабких сигналів. Інша методика, відома як спектроскопія втрати енергії електронів, підтвердила, що ДНК рівномірно розподілена по поверхні сенсора, особливо у тих областях, де спостерігається підсилення сигналу.

Датчик працює всього з двома краплями крові і не вимагає тривалих і складних процедур, зазвичай необхідних для очищення або підготовки зразка. Його невеликий розмір і висока швидкість тестування означають, що його можна використовувати в клініках, скринінгових пунктах або навіть удома, а результати будуть готові через 20 хвилин -- набагато швидше, ніж типові лабораторні тести, які займають кілька годин.

Ця платформа, яка спочатку проходила тестування на колоректальному раку, має потенціал для більш широкого використання у скринінгу захворювань, пов'язаних зі змінами в метилюванні ДНК. Це включає ранню діагностику, моніторинг терапії та прогнозування. Команда дослідників KIMS має намір розширити застосування цієї технології на інші види ракових захворювань та епігенетичні хвороби.

Раніше Фокус писав про потенційну ознаку раку підшлункової залози, яку не варто ігнорувати. Цей рак є одним із найпотаємніших і має низький шанс виживання, тому раннє виявлення дуже важливе в ситуації, де на кону завжди стоїть життя.

Також Фокус писав про прогнози, за якими до 2050 року на світ чекає онкологічне цунамі. І це, як попереджають експерти, може піддати випробуванням на стійкість системи охорони здоров'я різних країн.