Εισπνεύστε, ουρήστε, τελειώσατε! Και σε 20 λεπτά με αυτόν τον απλό, μη παρεμβατικό τρόπο θα μπορείτε να λάβετε με μεγάλη ακρίβεια διάγνωση για πιθανή ύπαρξη καρκίνου του πνεύμονα σε πρώιμο στάδιο. Αυτό είναι το διαγνωστικό μέλλον ενάντια σε έναν από τους πιο συχνούς και φονικούς καρκίνους του σύγχρονου κόσμου μας (αλλά και ενάντια σε άλλες αναπνευστικές νόσους) το οποίο «χτίζεται» μέσα στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ).
Ενα μέλλον που βασίζεται στο καινοτόμο τεστ PATROL το οποίο κάνει πράγματι… περιπολία στους πνεύμονες αναζητώντας τον καρκίνο μέσω της χρήσης νανοσωματιδίων καλυμμένων με αισθητήρες που αναγνωρίζουν την ύπαρξη πρωτεϊνών οι οποίες παράγονται μόνο από τα καρκινικά κύτταρα του πνεύμονα. Οταν οι αισθητήρες εντοπίσουν τέτοιες πρωτεΐνες παράγουν ένα σήμα που συσσωρεύεται στα ούρα και το οποίο μπορεί να ανιχνευθεί με μια απλή εξέταση που βασίζεται σε μια χάρτινη ταινία.
Νανοσωματίδια και γραμμωτοί κώδικες
Οπως ανέφερε στο «Βήμα» ο Κιάν Ζονγκ, ερευνητής στο ΜΙΤ και πρώτος συγγραφέας της σχετικής μελέτης η οποία δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό «Science Advances», «η νέα προσέγγιση θα μπορούσε να υποκαταστήσει την εξέταση που σήμερα θεωρείται ο χρυσός κανόνας για την πρώιμη διάγνωση του καρκίνου του πνεύμονα, την αξονική τομογραφία θώρακος χαμηλής δόσης (Low Dose CT), ή να λειτουργήσει συμπληρωματικά σε αυτή. Ενα τέτοιο απλό και εύχρηστο τεστ το οποίο εκτιμούμε ότι θα είναι και χαμηλότερου κόστους σε σύγκριση με την αξονική τομογραφία, θα μπορούσε να βοηθήσει σημαντικά σε περιοχές όπου δεν υπάρχουν διαθέσιμοι σε ευρεία κλίμακα αξονικοί τομογράφοι».
Ο έτερος πρώτος συγγραφέας της μελέτης δρ Εντουαρντ Ταν, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο ΜΙΤ, περιέγραψε στο «Βήμα» πώς ακριβώς λειτουργεί το εύχρηστο σύστημα: «Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούμε αποτελούνται από νανοσωματίδια πολυμερούς καλυμμένα με έναν δείκτη αναφοράς – έναν γραμμωτό κώδικα DNA – ο οποίος αποκόπτεται από το νανοσωματίδιο όταν ο αισθητήρας συναντήσει ένζυμα, τις αποκαλούμενες πρωτεάσες, που είναι υπερδραστήρια στους όγκους. Αυτοί οι δείκτες αναφοράς τελικώς συσσωρεύονται στα ούρα».
Αποτελέσματα σε 20 λεπτά
Τα νανοσωματίδια μπορούν να χορηγηθούν σε δύο μορφές: είτε σε μορφή διαλύματος που γίνεται αερόλυμα και χορηγείται με εκνεφωτή είτε σε μορφή ξηράς σκόνης που χορηγείται μέσω συσκευής εισπνοής. Μόλις φθάσουν στους πνεύμονες, διεισδύουν στον ιστό όπου και συναντούν όσες πρωτεάσες είναι παρούσες. Ο δρ Ζονγκ διευκρίνισε ότι τα ανθρώπινα κύτταρα εκφράζουν εκατοντάδες διαφορετικές πρωτεάσες, ορισμένες εκ των οποίων είναι υπερενεργές στους όγκους και βοηθούν τα καρκινικά κύτταρα να μεταναστεύουν από την αρχική εστία του καρκίνου λειτουργώντας ως «μαχαίρια» που κόβουν τις πρωτεΐνες της εξωκυττάριας μήτρας. «Οι πρωτεάσες αποκόπτουν τους γραμμωτούς κώδικες DNA από τους αισθητήρες και τους επιτρέπουν να εισέλθουν στην κυκλοφορία του αίματος έως ότου εκκριθούν στα ούρα».
Πώς γίνεται όμως η ανάλυση των δεικτών αναφοράς; Μέσω ενός… χάρτινου τεστ. Η ερευνητική ομάδα σχεδίασε μια ειδική ταινία η οποία ανιχνεύει τέσσερις διαφορετικούς «γραμμωτούς κώδικες» DNA o καθένας εκ των οποίων δείχνει την παρουσία μιας διαφορετικής πρωτεάσης – οι επιστήμονες κατέληξαν σε αυτούς τους τέσσερις δείκτες με χρήση ενός αλγορίθμου μηχανικής μάθησης. Ο δρ Ζονγκ σημείωσε ότι «δεν απαιτείται καμία επεξεργασία του δείγματος ούρων πριν από την ανάλυση, ενώ τα αποτελέσματα εξάγονται μέσα σε περίπου 20 λεπτά».
Το PATROL δοκιμάστηκε σε ποντίκια γενετικώς τροποποιημένα ώστε να αναπτύσσουν όγκους αδενοκαρκινώματος του πνεύμονα παρόμοιους με τους ανθρώπινους. Η χορήγηση των νανοσωματιδίων έγινε 7,5 εβδομάδες μετά την έναρξη ανάπτυξης των όγκων, χρονικό σημείο το οποίο αντιστοιχεί με καρκίνο σταδίου 1 ή 2 στους ανθρώπους. Οπως μας πληροφόρησε ο δρ Ζονγκ «με βάση τα ευρήματα, η ευαισθησία του τεστ ήταν άνω του 80%, συγκρίσιμη δηλαδή με την ακρίβεια που έχει σήμερα η αξονική τομογραφία χαμηλής δόσης». Ρωτήσαμε τους ερευνητές αν στους ανθρώπους θα απαιτείται ανάλυση περισσότερων πρωτεασών ώστε να γίνεται ακριβής διάγνωση. Ο δρ Ζονγκ απάντησε πως «με δεδομένο ότι ο καρκίνος είναι μια πολύ ετερογενής νόσος, αναμένουμε ότι θα χρειάζεται ένα πολύπλοκο πάνελ αισθητήρων που θα εντοπίζουν περισσότερους πρωτεϊνικούς στόχους σε σύγκριση με εκείνους που εντοπίστηκαν στα προκλινικά μοντέλα μας».
Επόμενο βήμα για την ομάδα είναι η ανάλυση δειγμάτων που προέρχονται από βιοψίες σε ανθρώπους προκειμένου να ανακαλύψουν το κατάλληλο πάνελ αισθητήρων για την ανίχνευση των ανθρώπινων όγκων του πνεύμονα. Στόχος τους αποτελεί επίσης το να εφαρμόσουν αυτή την προσέγγιση και για την ανίχνευση άλλων αναπνευστικών νοσημάτων, υπογράμμισε ο δρ Ταν. «Η συγκεκριμένη πλατφόρμα μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να εντοπίζει και άλλες αναπνευστικές νόσους όπως οι λοιμώξεις. Στοχεύουμε επίσης στην εφαρμογή της νέας τεχνολογίας για την παρακολούθηση της εξέλιξης των αναπνευστικών νοσημάτων, κυρίως σε ό,τι αφορά την απόκριση των ασθενών σε διαφορετικές θεραπείες».
Νανο-αισθητήρες του ΜΙΤ και για άλλες νόσους
Η συγκεκριμένη ερευνητική ομάδα του ΜΙΤ, επικεφαλής της οποίας είναι η καθηγήτρια Επιστημών Υγείας και Τεχνολογίας καθώς και του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών Σανγκίτα Μπατία, ασχολείται επί έτη με την ανάπτυξη νανο-αισθητήρων για τη διάγνωση διαφορετικών νόσων. Εχει ήδη δημιουργήσει τέτοιου είδους νανο-αισθητήρες για διάγνωση του καρκίνου του ήπατος και των ωοθηκών, ωστόσο σε εκείνες τις περιπτώσεις τα νανοσωματίδια χορηγούνταν ενδοφλεβίως. Μάλιστα μια εταιρεία που ονομάζεται Sunbird Bio έχει διεξαγάγει μικρού εύρους κλινική δοκιμή φάσης Ι με έναν παρόμοιο αισθητήρα που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του ΜΙΤ για τη διάγνωση του καρκίνου του ήπατος αλλά και μιας μορφής ηπατίτιδας που ονομάζεται μη αλκοολική στεατοηπατίτιδα (NASH – χρόνια φλεγμονή του ήπατος η οποία προκαλείται σε άτομα με στεάτωση, με εναπόθεση δηλαδή λίπους στο ήπαρ). Κάποια πρώτα αποτελέσματα σχετικά με τη δοκιμή των νανο-αισθητήρων στη διάγνωση της NASH δημοσιεύθηκαν το 2021 στο «Science Translational Medicine». Στη συγκεκριμένη περίπτωση η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε το σύστημα GBTS (Glympse Bio Test System) το οποίο, ακολουθώντας την ίδια λογική με εκείνη που ακολουθείται για τη διάγνωση του καρκίνου του πνεύμονα, αναζητούσε πρωτεάσες του ήπατος. Δημιουργήθηκε ένα πάνελ 13 πρωτεασών το οποίο και δοκιμάστηκε σε ποντίκια με NASH. Οπως προέκυψε, το σύστημα ήταν σε θέση να διαχωρίσει τη NASH από την απλή στεάτωση αλλά και από τον υγιή ιστό στα πειραματόζωα αλλά και να δείξει πώς η θεραπευτική παρέμβαση οδηγούσε σε ύφεση της πάθησης.
