Bukspottkörtelcancer förväntas bli den näst dödligaste cancern i USA år 2030. Den är svår att bota eftersom den vanligtvis inte upptäcks förrän den har nått ett framskridet stadium. Men ett nytt diagnostiskt test utvecklat av forskare vid UC San Diego visar ett löfte om att upptäcka sjukdomen tidigare.

Testet, som är på proof-of-concept-stadiet, kan snabbt screena en droppe blod för biomarkörer för pankreascancer. Det kan ge resultat på mindre än en timme. Resultaten publicerades nyligen i tidskriften ACS Nano .

"Ett viktigt steg mot att kunna bota sjukdomar som kommer från ingenstans, som cancer i bukspottkörteln, är tidig upptäckt, " sa första författaren Jean Lewis, en biträdande projektforskare vid Institutionen för nanoteknik vid UC San Diego. "Vi tänker oss att i framtiden, läkare kan utföra den här typen av test med en snabb fingersticka för att diagnostisera patienter som kanske inte vet att de har sjukdomen ännu."

Blodprov för tidig upptäckt av cancer, känd som flytande biopsier, är ett hett ämne inom forskning. De har potential att upptäcka cancer tidigt utan att behöva göra invasiva kirurgiska ingrepp som tumörbiopsier. För att screena för cancer i bukspottkörteln i blodet, forskare utvecklar nya metoder som involverar att samla in och analysera biologiska strukturer i nanostorlek som kallas exosomer, som frigörs från alla celler i kroppen, inklusive cancerceller. Exosomer innehåller proteiner och genetiskt material som kan fungera som biomarkörer för att upptäcka cancer.

Men eftersom exosomer är så små och ömtåliga, de är svåra att isolera från blod. Nuvarande metoder för att extrahera exosomer är tidskrävande och kräver att blodprover förbehandlas eller späds före användning.

Testet som utvecklats av UC San Diego-forskare använder ett elektroniskt chipbaserat system för att extrahera exosomer direkt från blod på några minuter. "Vi kan använda bara en droppe blod som det är - ingen extra bearbetning krävs, ", sa Lewis. "Vi kan också analysera exosomerna där på plats och visa om de har någon av cancerbiomarkörerna vi letar efter."

Lewis arbetade med detta projekt som en del av ett tvärvetenskapligt samarbete mellan nanoteknikforskare vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och kliniker vid Moores Cancer Center vid UC San Diego Health. Samarbetet leds av Michael Heller, professor emeritus i nanoteknik vid UC San Diego Jacobs School of Engineering, som nu är vid Oregon Health &Science Universitys Knight Cancer Institute.

"Innovationen med detta arbete är att det i huvudsak kombinerar allt det komplexa, långa steg i provberedningen, exosomisolering och slutlig analystolkning som krävs av andra plattformar till en sömlös "prov-till-svar"-enhet, " sa Heller. "Vi har utvecklat en prototypplattform som har potential att översättas till en handdator, snabb och relativt billig testutrustning för bukspottkörtelcancer."

Det tar bara en droppe

Testet är enkelt. Applicera en droppe blod på ett litet elektroniskt chip, slå på strömmen, vänta några minuter, lägg till fluorescerande etiketter och titta på resultaten under ett mikroskop. Om ett blodprov testar positivt för cancer i bukspottkörteln, ljusa fluorescerande cirklar visas.

"Detta test kan användas som en primär screeningstrategi för att identifiera patienter som senare skulle behöva genomgå dyrare och invasiva diagnostiska metoder som en datortomografi, MRT eller endoskopi, " sa Dr. Rebekah White, kirurgisk onkolog och docent i kirurgi vid Moores Cancer Center.

Chipet som används i detta test fungerar genom att applicera en växelström, som selektivt drar ut nanostora partiklar som exosomer ur blodet och deponerar dem på små elektroder på chipets yta. Större blodpartiklar sköljs bort medan mindre som exosomer lämnas kvar. Forskare applicerar sedan fluorescensmärkta antikroppar som specifikt riktar sig mot två proteinbiomarkörer för cancer i bukspottkörteln:glypican-1 och CD63. Om dessa biomarkörer finns, ljust färgade cirklar där antikropparna binder kan ses under ett mikroskop, indikerar ett positivt resultat. Hela denna process kan göras på mindre än en timme.

Än så länge, teamet har bara testat detta system på ett litet urval av patienter. I en första valideringsstudie på en grupp på 31 patienter, chipet kunde flagga blodprover från 20 patienter med cancer i bukspottkörteln från 11 patienter utan cancer.

Arbetar mot tidig upptäckt

Teamet varnar för att biomarkörnivåerna som screenas i denna studie kanske inte representerar de i tidigt stadium av cancer. "Hur små är dessa biomarkörnivåer mellan stadium 0 och stadium 1 cancer? Och hur kan vi göra vår teknik tillräckligt känslig för att upptäcka dessa mängder? Vi forskar mer för att få ett bra grepp om dessa frågor, sa Heller.

Nästa steg inkluderar också studier på en större urvalsstorlek, screening av fler prover från patienter i olika stadier av cancer, och att optimera och validera denna teknologi för tidig upptäckt av cancer. "En utmaning med att göra dessa studier är att få tag på blodprover i ett tidigt stadium, när patienterna inte ens vet att de har sjukdomen ännu, sa Lewis.

"Framtida arbete skulle innebära att ta blodprover från patienter som har höga riskfaktorer för cancer i bukspottkörteln - nystartad diabetes eller en familjehistoria av det, rökning eller fetma – och fortsätta ta blodprover under en längre tid. Av de patienter som senare får diagnosen, vi kan gå tillbaka och analysera deras fördiagnostiska blodprover för att se hur tidigt vi kan upptäcka cancerbiomarkörer, sa White.

Forskarna undersöker också andra blodbaserade biomarkörer – förutom glypican-1 och CD63 – för att förbättra systemets noggrannhet och känslighet för upptäckt av pankreascancer.

Tekniken för det chipbaserade systemet utvecklades ursprungligen av alumnen Raj Krishnan vid UC San Diego Jacobs School of Engineering under hans doktorandforskning inom bioteknik i Hellers labb för att identifiera cancerbiomarkörer från blod med hjälp av växelströmmar. Krishnan var med och grundade och är VD för San Diego-baserade företaget Biological Dynamics, en spinout från Hellers labb som licensierade tekniken 2010. Biological Dynamics har sedan dess utvecklat nya diagnostiska system baserade på chips som använder växelströmmar för att isolera nanopartiklar, DNA och andra molekyler direkt från blod och andra biovätskor. I strömmen ACS Nano papper, UC San Diego-forskare använde den exosomisolerande förmågan hos Biological Dynamics-teknologi för att utveckla en anpassad analys för upptäckt av pankreascancer.