3D плазмонная коралловая наноархитектура для диагностики рака по моче
Исследовательская группа под руководством доктора Хо Сан Джунга из Отдела поверхностных и наноматериалов Корейского института материаловедения (KIMS) совместно с профессором Джунсуком Ро из POSTECH и профессором Самджином Чой из Медицинской школы Университета Кёнхи разработала сенсор-полоску для анализа мочи. Он обнаруживает метаболиты и усиливает их оптический сигнал для диагностики рака.
Технология позволяет диагностировать рак предстательной железы и поджелудочной железы без дополнительных процессов анализа, облучая светом малый объем мочи (10 мкл). Устройство выполнено в виде полоски для быстрой и высокочувствительной диагностики.
Команда сосредоточилась на различии метаболомных компонентов в моче онкологических пациентов и здоровых людей. При росте раковых клеток в организме из-за аномального метаболизма в мочу выделяются специфические метаболиты. Для их классификации ранее требовалось дорогое и крупное оборудование, что ограничивало применение на месте.
Исследователи разработали сенсор на основе поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS). Он усиливает оптический сигнал метаболитов в моче более чем в 1 млрд раз за счет формирования кораллообразной плазмонной наноструктуры на пористой бумаге. При нанесении мочи и облучении светом сигналы раковых метаболитов усиливаются на поверхности сенсора, что позволяет диагностировать заболевание. Применив метод анализа на основе искусственного интеллекта к полученным спектральным сигналам, команда добилась успеха в дифференциации до 99% случаев рака предстательной и поджелудочной железы.
Многие современные методы диагностики выявляют рак с помощью анализов крови, радиологических методов и гистологического анализа. Несмотря на регулярные медосмотры, во многих случаях рак обнаруживают поздно, что задерживает лечение. Данное исследование использует мочу — биологический образец, который можно легко получить. Технология применима как для первичной диагностики при быстром скрининге, так и для мониторинга рецидивов после лечения. Кроме того, себестоимость производства одной сенсорной полоски составляет менее 100 вон (около $0,08), что открывает перспективы для массовых обследований.
«В случае таких видов рака, как рак поджелудочной железы, методы диагностики которых малоизвестны, обнаружение затруднено, а выживаемость после первоначального диагноза низка. Известно, что в Корее ежедневно умирают 14 пациентов с раком поджелудочной железы, а экономические затраты на человека составляют около 63 млн вон в год. Поскольку ранняя диагностика наиболее важна при неизлечимых заболеваниях, таких как рак, мы ожидаем, что эта технология предоставит новый диагностический метод», — заявил старший исследователь Хо Сан Джунг.
Результаты исследования опубликованы 9 января в журнале Biosensors and Bioelectronics. На технологию поданы патентные заявки в Корее и США. В настоящее время команда работает над расширением типов диагностируемого рака, анализируя мочу пациентов с колоректальным раком и раком легких.