Med hjälp av en handhållen molekylär avbildningsenhet i kombination med magnetiska nanopartiklar och en smartphone, ett team av utredare från Massachusetts General Hospital och Harvard Medical School har utvecklat en snabb, bärbar och potentiellt billig metod för att upptäcka cancer från humana biopsiprover. Initiala resultat som erhållits med biopsier med fina behov tagna från humana cancerpatienter visar att denna enhet överträffar traditionella patologiska metoder, både när det gäller hastighet och diagnostisk noggrannhet.
Ralph Weissleder, medföreståndare för MIT-Harvard Center for Cancer Nanotechnology Excellence, ledde detta utvecklingsprojekt. Han och hans kollegor publicerade resultaten av sitt arbete i tidskriften Vetenskap translationell medicin .
Vanligtvis, cancer diagnostiseras genom insamling av mänskliga vävnadsprover, antingen avlägsnas kirurgiskt eller via en fin nål som sticks in i en klump, och skicka proverna till ett histopatologiskt laboratorium, där provet under loppet av flera dagar analyseras med hjälp av olika vävnadsfärger som framhäver cellulära egenskaper som är karakteristiska för tumörer för visualisering i mikroskop. En sådan analys är inte bara tidskrävande, det är i bästa fall semikvantitativt och kräver teknisk expertis av en utbildad patolog.
Det nya tillvägagångssättet för cancerdiagnostik som Dr. Weissleder och hans medarbetare banat väg för bygger på den utsökta känsligheten som erbjuds av kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR), en analytisk teknik som rutinmässigt används av kemister för att karakterisera komplexa molekyler och en som ligger till grund för magnetisk resonanstomografi (MRT). Men istället för att använda en standard, NMR-maskin i bordsstorlek, Mass General-teamet designade och byggde en mycket billigare handhållen NMR-maskin som samverkar med en mikrofluidisk enhet och skickar resultaten till en smartphone, som också används för att styra enheten. Enheten kan upptäcka närvaron av flera magnetiska nanopartiklar, var och en utformad för att binda till en specifik tumörassocierad molekylär markör.
I den första utvärderingsomgången, utredarna analyserade fina nålbiopsier tagna från 50 patienter som misstänks ha maligna buktumörer. Efter ett snabbt förberedande steg, suspensionen av celler från biopsi behandlades med en blandning av magnetiska nanopartiklar, var och en utformad för att binda till en av nio specifika cancerbiomarkörer, och injiceras sedan i enhetens mikrofluidkanaler. Datasignaler från microNMR-maskinen skickades trådlöst till en smartphone för analys och avläsning. Instrumentet identifierade korrekt alla 44 prover som diagnostiserades som maligna med standardhistopatologi.
Baserat på data som genererades i denna första uppsättning experiment, utredarna analyserade fina nålbiopsier från ytterligare 20 patienter med bara fyra av de märkta nanopartiklarna. Resultaten från detta experiment var ännu bättre, uppvisar 96 % diagnostisk noggrannhet, långt överstigande 84% noggrannhet för histopatologi, guldstandarden för cancerdiagnostik. Dessutom, mikroNMR-smarttelefonen ger en diagnos inom en timme, jämfört med tre dagar för att få resultat från histopatologi.
Detta jobb, som beskrivs i en artikel med titeln, "Mikro-NMR för snabb molekylär analys av mänskliga tumörprover, " stöddes delvis av NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, ett omfattande initiativ utformat för att påskynda tillämpningen av nanoteknik för att förebygga, diagnos, och behandling av cancer. Ett sammandrag av denna artikel finns på tidskriftens webbplats.
