Új bioszenzor a rák korai felismerésére
Dr. Ho Sang Jung és kutatócsoportja a Koreai Anyagtudományi Intézet (KIMS) Speciális Biológiai és Gyógyászati Eszközök Kutatási Osztályán kifejlesztett egy optikai bioszenzort, amely nagy érzékenységgel képes kimutatni a véráramban található rákos sejtek DNS-ének nyomait, lehetővé téve a rák korai diagnosztizálását. A hagyományos folyadékbiopszia technikákhoz képest ez a bioszenzor kiváló érzékenységgel és pontossággal rendelkezik, és a legnagyobb előnye, hogy komplex vizsgálati eljárások nélkül, csupán fényjelek és mesterséges intelligencia alapú elemzés segítségével képes a rák korai diagnosztizálására. Az erről beszámoló tanulmány az Advanced Science folyóiratban jelent meg.
A rákos sejtek fejlődése során a véráramban lévő DNS felületén finom kémiai változások következnek be. Ezt a jelenséget DNS-metilációnak nevezik. A rák korai stádiumaiban a metilált DNS koncentrációja rendkívül alacsony, ezért a hagyományos bioszenzorokkal nehéz kimutatni. E kihívás leküzdése érdekében a kutatócsoport olyan bioszenzor-anyagtechnológiát fejlesztett ki, amely nagy érzékenységű optikai jelek és mesterséges intelligencia elemzésével teszi lehetővé a metilált DNS kimutatását, anélkül, hogy további feldolgozásra, beavatkozásra, vagy bonyolult elemzési lépésekre lenne szükség.
A kutatócsoport nagy érzékenységű optikai jelátvitelt és mesterséges intelligencia elemzést integrált plazmonikus[1] anyagokkal. Ezek az anyagok fény hatására több mint százmilliószorosra erősítik a DNS-molekulák optikai jeleit, így még a rendkívül kis mennyiségű DNS is kimutathatóvá válik. Ennek eredményeként a bioszenzor a rák kialakulásának korai szakaszában akár 25 fg/ml (femtogramm/milliliter) koncentrációjú metilált DNS-t is képes azonosítani. Hogy ez mennyire kis mennyiség, azt jelzi, hogy 25 fg/ml egy cukorkristály 25 000-ed részének feloldása egy csepp vízben. Ez 1000-szeres eredmény a hagyományos bioszenzorokhoz képest.
A kutatócsoport a kifejlesztett bioszenzort 60 vastagbélrákos beteg vérmintáján alkalmazta, és 99%-os pontossággal tudták kimutatni a rák jelenlétét. Ezenkívül a bioszenzor nagy pontossággal megkülönböztette a rák I. és IV. stádiumát. Az elemzéshez mindössze 100 μL (mikroliter) vérre volt szükség, és 20 percen belül befejeződött, ami rendkívül egyszerű és gyors diagnosztikai eljárást jelent.
Ez a technológia előfeldolgozás nélkül teszi lehetővé a rákos DNS nyomainak nagy érzékenységű kimutatását, ami rendkívül versenyképessé teszi a korai rákdiagnosztika piacán. A hagyományos berendezésekhez képest jelentősen csökkenti az elemzési időt és a költségeket, így kórházakban, egészségügyi szűrővizsgálatokon, otthoni diagnosztikai készletekben és hordozható diagnosztikai eszközökben is alkalmazható. Nemcsak a precíziós orvoslásban, hanem a Point-of-Care Testing (POCT) alkalmazásokban is rendkívül hatékony.
Ez a technológia egy új generációs diagnosztikai platform, amely nemcsak a rák korai felismerésére, hanem prognózisra és a kezelés hatásának nyomon követésére is alkalmas. „Tervezzük, hogy alkalmazását kiterjesztjük számos betegségre, beleértve az autoimmun rendellenességeket és a neurológiai zavarokat is.” Dr. Ho Sang Jung, a KIMS vezető kutatója és a projekt vezetője
[1] Fény segítségével egy fém felületén lévő úgynevezett vezetési elektronokat hullámszerű mozgásra lehet kényszeríteni, amelyben sűrűsödések és ritkulások váltják egymást. Ezek hullámhossza rövidebb a gerjesztő fény hullámhosszánál. Ezt az új típusú fényt nevezik felületi plazmonnak. Az ezzel foglalkozó tudomány a plazmonika.