Первый в мире анализ крови для мониторинга эффективности лечения рака в реальном времени
Пациенты с раком, проходящие таргетную терапию, могут рассчитывать на новый анализ крови, который позволит врачам определить, работает ли лечение, уже через сутки после его начала. Это значительно ускорит процесс оценки и позволит врачам при необходимости корректировать план лечения, чтобы повысить шансы пациентов на выздоровление.
В отличие от обычной химиотерапии, которая воздействует на все быстро делящиеся клетки и может нанести им масштабный ущерб, таргетные препараты атакуют специфические молекулы, которые заставляют раковые клетки расти и распространяться, блокируя их аномальный рост. Несмотря на специфичность таргетных препаратов, текущая клиническая оценка их эффективности при солидных опухолях в основном опирается либо на объемную визуализацию опухоли (которая нечувствительна и дает отсроченный результат), либо на инвазивные биопсии тканей.
Доцент Шао Хуэйлинь и её исследовательская группа с факультета биомедицинской инженерии и Института инноваций и технологий в здравоохранении (iHealthtech) Национального университета Сингапура (NUS) разработали технологию, которая является точной, менее инвазивной и значительно сдвигает окно оценки вперед, используя жидкие биопсии.
Результат доступен через 24 часа после начала лечения
Технология, названная ExoSCOPE (extracellular vesicle monitoring of small-molecule chemical occupancy and protein expression), является первой в мире. Она использует внеклеточные везикулы (EVs), секретируемые раковыми клетками и циркулирующие в крови, в качестве индикатора эффективности препарата при солидных опухолях.
«Обычные процедуры, такие как визуализация опухоли, не только дороги, но и дают отсроченный результат. Эффективность лечения с их помощью можно определить только через недели. Используя ExoSCOPE, мы можем напрямую измерить результаты эффективности препарата в течение 24 часов после начала лечения. Это значительно сократит время и стоимость мониторинга лечения рака», — сказала ведущий ученый доцент Шао.
Она добавила, что для анализа требуется лишь небольшое количество крови, а каждый тест занимает менее часа. Это менее инвазивно и при этом более информативно. Таким образом, врачи могут регулярно отслеживать реакцию пациента на лечение и своевременно корректировать его для лучших результатов.
Исследование было впервые опубликовано в научном журнале Nature Nanotechnology.
Чувствительное измерение взаимодействия препарата с мишенью
Для достижения чувствительного и быстрого анализа эффективности препарата по образцам крови команда NUS разработала ExoSCOPE как интегрированную нанотехнологическую платформу. Она измеряет EVs — мембранные везикулы, размер которых как минимум в сто раз меньше диаметра человеческого волоса и которые невидимы при обычной световой микроскопии. Во время успешного лечения, когда таргетный противораковый препарат связывается с раковой клеткой и блокирует рост опухоли, обработанная клетка высвобождает в кровоток EVs, содержащие препарат.
Платформа ExoSCOPE использует комбинированный подход химической биологии и разработки сенсоров для измерения этих тонких изменений, связанных с препаратом, в EVs.
«Современные технологии измерения взаимодействия препарата с мишенью требуют сложной обработки и инвазивных биопсий тканей, что ограничивает их клиническую полезность для мониторинга лечения рака. Используя специально разработанные химические зонды, наша платформа обладает высокой чувствительностью для захвата и мечения EVs в небольшом образце крови с целью оценки взаимодействия препарата с мишенью», — сказал доктор Сиджун Пан, научный сотрудник NUS iHealthtech и соавтор исследования.
«Сенсор ExoSCOPE содержит миллионы золотых наноколец для захвата EVs и усиления сигналов их мечения препаратом, что индуцирует сильные световые сигналы. Эти световые сигналы затем обрабатываются, чтобы получить показатель эффективности препарата», — сказал г-н Чжан Янь, докторант факультета биомедицинской инженерии NUS и iHealthtech, также соавтор исследования.
Используя разработанную платформу ExoSCOPE, команда собрала информацию о различных типах EVs и их изменениях, связанных с препаратом, при лечении различными таргетными терапиями. Платформа не только идентифицирует EVs, высвобождаемые раковыми клетками, но и отслеживает их динамику, связанную с препаратом, с течением времени, чтобы точно отличать чувствительность к лечению от резистентности.
«Существующие фармакокинетические или фармакодинамические подходы по анализу крови измеряют общую концентрацию препарата в крови. Эта совокупная информация не отражает эффективность препарата в опухолях. ExoSCOPE же измеряет изменения, связанные с препаратом, в EVs, высвобождаемых раковыми клетками, чтобы точно отражать ответ опухоли на лечение», — пояснила доцент Шао.
Обнадеживающие результаты клинического исследования
В клиническом испытании с участием 163 образцов крови от 106 пациентов ExoSCOPE показал обнадеживающие результаты для пациентов с раком легких, позволяя своевременно оценивать результаты их таргетного лечения. По сравнению с золотым стандартом — объемной визуализацией опухоли, которая проводилась в конце всего курса лечения, — ExoSCOPE достиг точности 95%, но уже в течение 24 часов после начала лечения.
Это превосходное аналитическое качество открывает путь для использования EVs из крови для мониторинга различных взаимодействий между препаратами и белковыми мишенями в организме человека.
«ExoSCOPE представляет собой смену парадигмы в оценке препаратов по анализу крови для выбора таргетной терапии и мониторинга лечения в реальном времени», — сказала доцент Шао. — «Эта технология также может позволить медицинскому сообществу принимать более своевременные решения о лечении».
Следующие шаги
Девяти членам команды NUS потребовалось два года (с 2019 по 2021) для разработки и валидации платформы ExoSCOPE. Их следующая задача — расширить платформу для измерения эффективности различных препаратов и применить технологию к спектру заболеваний — от рака до сердечно-сосудистых и неврологических болезней. На ExoSCOPE подана патентная заявка, и команда NUS надеется вывести эту технологию на рынок в течение следующих трех лет.
«Я надеюсь, что наша технология сможет внести вклад в персонализированное лечение, помочь в выборе терапии, дозировки и продолжительности различных курсов лечения и улучшить их результаты», — сказала доцент Шао.