Att bestämma förekomsten av cancer, liksom dess typ och malignitet, är en stressig process för patienter som kan ta upp till två veckor att få en diagnos. Med en ny bit av teknik - en sockertransporterande biosensor - hoppas forskare vid Michigan Technological University kunna minska den tidsramen till minuter.

Ett samarbetande team av kemister och ingenjörer från Michigan Tech lägger grunden för denna vision i två nya tidningar. I Royal Society of Chemistrys tidskrift Kemisk kommunikation , teamet förklarar den grundläggande vetenskapen bakom flerfärgssonder som möjliggör inriktning på cancerrelevant fruktostransportör, fördjupa sig i bildbaserad upptäckt av cancerceller. I journalen Biosensorer , teamet behandlar ansökningar för upptäckt av bröstcancer och differentiering av icke-maligna, premaligna och maligna cancerceller.

Två Michigan Tech-forskare samarbetade i studierna. Marina Tanasova, biträdande professor i kemi, och Smitha Rao, biträdande professor i biomedicinsk teknik, förvandlade ett 10-minuters kontorsmöte till ett tvåårigt samarbete byggt på en liten fluorescerande sond som söker upp fruktostransportören vid namn GLUT5.

Celler behöver kolhydrater; facilitativa glukostransportörer (GLUT) för näringsämnen in och ut ur celler. När metaboliska svängningar börjar – säg, från cancerutveckling – den övergripande sammansättningen av GLUT förändras så att mer eller mindre GLUT är aktiva. Fruktostransportörer som GLUT5 är av särskilt intresse på grund av det direkta sambandet mellan fruktosupptag och cancerutveckling, som också förändras när cancern fortskrider och blir malign.

I deras Kemisk kommunikation papper, Tanasova och Raos team rapporterar om designen och valideringen av de fluorescerande sonderna, kallas ManCous, att observera GLUT5-aktivitet i en cell; de dokumenterar också den mångfärgade fluorescensen som skiljer GLUT5-rika celler från de som saknar GLUT5. Uppföljaren Biosensorer papper, ger en proof-of-princip användning av dessa sonder som verktyg för att bedöma och jämföra GLUT5 och metabolisk aktivitet för olika celltyper, inklusive normala celler och olika cancersubtyper.

"Vi kom närmare en grundläggande screening av cellernas GLUT-sammansättning - en som både upptäcker cancer och särskiljer typ, " säger Tanasova; och tillägger att även om konceptet är elegant, att utveckla tekniken är inte lätt. "Från grundvetenskap till tillämpning, det är mycket förändring som måste ske."

Genom att bättre förstå vetenskapen bakom sockertransportörer, teamet är mer rustat för att bygga teknik som fångar ett exakt och exakt GLUT-fingeravtryck av cancerceller.

"Denna sond är som en schweizisk armékniv, Rao säger, förklarar att cancerdetektering inte är den enda användningen för sonden. "Ju mer vi lär oss om cancer genom dessa sonder, ju fler möjligheter vi har att tillämpa dem – vilket innebär fler chanser att behandla olika cancerformer, förhoppningsvis bota dem, och åtminstone förhindra deras spridning och maximera läkemedelsleveransen."

Det som gör sonden så mångsidig är dess förmåga att inte bara söka upp och lyfta fram cancerceller, men också för att avslöja de metaboliska nyanserna i olika stadier av cancerutveckling. Medan cancer i allmänhet slukar upp fruktos, GLUT5 och metabolisk aktivitet hos icke-maligna, pre-maligna och maligna bröstcancerceller varierar, vilket är vad Rao, Tanasova och deras team utforskade i Biosensorer papper. De fann att ManCou-sonder möjliggör parallell analys och kvantifiering av GLUT5 och metabolisk aktivitet av celler strax efter en 10-minuters inkubationsperiod. De anmärkningsvärda skillnaderna i fluorescensintensitet som observerats mellan normala celler och cancerceller, samt olika cancertyper, tillhandahåller viktiga punkter för differentiering mellan olika celltyper och gör dessa sonder till lovande verktyg för cancerdetektering och diagnostik.

Forskningen är fortfarande tidig, men Tanasova och Rao har en tydlig vision för projektets nästa steg. Arbetet är mycket samarbetsvilligt och byggt tillsammans med deras medförfattares ansträngningar, inklusive doktoranderna Srinivas Kannan och Vagarshak Begoyan, forskaren ?ukasz J. Weseli?ski, tillsammans med doktorander Joseph Fedie, Shuai Xia och grundexamen Alexis Ferrier.

Samarbetet pågår. Teamet av kemister – Tanasova, Begoyan och Weseli?ski planerar att gräva djupare in i fruktostransportörernas värld för att utöka vad de har bestämt om GLUT5 och ge tillgång till sonder som är inriktade på andra GLUT. Det finns gott om material att täcka för att visualisera och kvantifiera varje GLUT-transportör i cellmembranet. Teamet av biomedicinska ingenjörer - Rao och Kannan - fokuserar på att utvärdera många tillämpningar av dessa sonder, inklusive standardbiopsianalys och att skjuta in tekniken i klinisk praxis genom utvecklingen av en cancerupptäcktsenhet.

Som Rao uttrycker det, teamet formar sina legoklossar så att de kan bygga på vägen. Att förfina sjukdomsupptäckt och behandling är fortfarande drivkraften bakom detta tvärvetenskapliga samarbete. Den övergripande idén fortsätter att fokusera på att ta sockertransportörer och använda dem som en inkörsport för att bättre förstå cancerns natur.