Учені створили новий тест на колоректальний рак: він займає всього 20 хвилин

Повідомляючи про світлове виявлення за допомогою машинного навчання, команда Корейського інституту матеріалознавства (KIMS) під керівництвом доктора Хо Сан Джун продемонструвала метод, який ідентифікує метильовану ДНК, ключовий індикатор раку, на наднизьких рівнях протягом 20 хвилин, як повідомляє ScienceBlog.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найцікавіші новини зі світу науки!

Дослідження, опубліковане в журналі Advanced Science, продемонструвало 99-відсоткову точність у розрізненні пацієнтів із колоректальним раком і здорових людей за допомогою всього двох крапель крові.

Розробка вчених використовує "плазмонне молекулярне утримання" (PME) — наноструктуру на основі золота, яка формує нанорозмірні гарячі точки саме в тих місцях, де ДНК пухлини потрапляє на датчик. Ці гарячі точки посилюють молекулярний світловий сигнал у понад 100 мільйонів разів, функціонуючи як мікроскопічний мегафон для молекул ДНК. Біосенсор виявляє метильовану ДНК за концентрації 25 фг/мл, що приблизно дорівнює одній 25 000-ій частині зерна цукру, розчиненого в краплі води, що набагато перевершує традиційні інструменти виявлення захворювання.

Метилювання ДНК регулює активність генів. У разі раку глобальне гіпометилювання дестабілізує геном, тоді як певні ділянки піддаються гіперметилюванню. Цей датчик розрізняє обидва явища, пропонуючи точну картину стадії захворювання.

Клінічні випробування показали, що пристрій розрізняє стадії раку з чіткими патернами метилювання: рівні метилювання знижувалися з 14,4% на стадії I до 11,2% на стадії IV, що корелює зі збільшенням тяжкості пухлини. Чутливість сягала 86,7% до 93,3% на окремих стадіях, зі 100% чутливістю і 98,3% специфічністю сенсора в цілому. Команда підтвердила ці результати за допомогою п'ятикратної перехресної перевірки, досягнувши точності до 93,8%.

Комп'ютерну програму, навчену розпізнавати закономірності у світлі, використовували для вимірювання ступеня хімічної зміни ДНК, яка часто відбувається за наявності раку. Програма фокусувалася на конкретному сигналі на 1482 зворотних сантиметрах. В онкологічних пацієнтів близько 12,7% ДНК зазнало таких змін, тоді як у здорових людей цей показник становив близько 15,9%. Нижчий показник в онкологічних пацієнтів вказує на добре відому зміну, пов'язану з раком, яка називається глобальним гіпометилюванням.

Високопотужна візуалізація показала, що датчик створює крихітні зазори розміром 2,52 нанометра між золотими частинками за наявності ракової ДНК. Ці невеликі простори створюють сильні електричні поля безпосередньо в місці знаходження ДНК, що полегшує уловлювання слабких сигналів. Інша техніка, звана спектроскопією втрати енергії електронів, підтвердила, що ДНК була розподілена по датчику, особливо в місцях посилення сигналу.

Датчик працює всього з двома краплями крові і не вимагає тривалих і складних процедур, зазвичай необхідних для очищення або підготовки зразка. Його невеликий розмір і висока швидкість тестування означають, що його можна використовувати в клініках, скринінгових пунктах або навіть удома, а результати будуть готові через 20 хвилин — набагато швидше, ніж типові лабораторні тести, які займають кілька годин.

Ця платформа, хоча спочатку тестувалася на колоректальний рак, обіцяє більш широке застосування для скринінгу захворювань, пов'язаних зі змінами метилювання ДНК, таких як раннє виявлення, моніторинг лікування або прогнозування. Дослідники KIMS планують розширити застосування цієї техніки на інші види раку та епігенетичні захворювання.

Раніше Фокус писав про потенційну ознаку раку підшлункової залози, яку не варто ігнорувати. Цей рак є одним із найпотаємніших і має низький шанс виживання, тому раннє виявлення дуже важливе в ситуації, де на кону завжди стоїть життя.

Також Фокус писав про прогнози, за якими до 2050 року на світ чекає онкологічне цунамі. І це, як попереджають експерти, може піддати випробуванням на стійкість системи охорони здоров'я різних країн.

Важливо! Ця стаття ґрунтується на останніх наукових і медичних дослідженнях і не суперечить їм. Текст має виключно інформаційний характер і не містить медичних порад. Для встановлення діагнозу обов'язково зверніться до лікаря.