Cảm biến nano giúp phát hiện sớm u phổi

Những người có nguy cơ cao mắc ung thư phổi, chẳng hạn như người nghiện thuốc lá nặng, thường xuyên được kiểm tra bằng chụp cắt lớp vi tính (CT) để chẩn đoán khối u trong phổi. Tuy nhiên, quét CT cho tỷ lệ dương tính giả rất cao vì 95% những gì nó tìm thấy không phải là ung thư - theo Sangeeta Bhatia, giáo sư khoa học y tế và khoa học máy tính, thành viên của Viện nghiên cứu ung thư tích hợp của MIT, tác giả chính của nghiên cứu về phương pháp không xâm lấn giúp phát hiện nhiều loại khối u trong giai đoạn đầu của bệnh.

Trong nghiên cứu của Sangeeta Bhatia và các đồng nghiệp, được đăng trênScience Translational Medicine,xét nghiệm mới, dựa trên các hạt nano được tiêm hoặc hít vào, có thể phát hiện khối u nhỏ tới 2,8 mm ở chuột.

Trong nhiều năm, phòng thí nghiệm của Bhatia đã phát triển các hạt nano có thể phát hiện ung thư bằng cách tương tác với các enzyme gọi là protease. Những enzyme này giúp các tế bào khối u thoát khỏi vị trí ban đầu của chúng bằng cách cắt qua các protein của ma trận ngoại bào.

Để tìm ra những enzym đó, Bhatia đã tạo ra các hạt nano được phủ bằng peptide (những đoạn protein ngắn). Các hạt nano này tích tụ tại các vị trí khối u, nơi các peptide bị protease phân cắt và giải phóng các dấu ấn sinh học - các dấu ấn này sau đó có thể phát hiện được trong mẫu nước tiểu.

Phòng thí nghiệm của Bhatia trước đây đã phát triển các cảm biến cho bệnh ung thư ruột kết và buồng trứng. Trong nghiên cứu mới của mình, các nhà nghiên cứu muốn áp dụng công nghệ này vào ung thư phổi. Những người nhận có kết quả quét CT dương tính thường sẽ tiếp tục được sinh thiết hoặc các phương pháp xét nghiệm xâm lấn khác để tìm kiếm ung thư phổi. Trong một số trường hợp, thủ tục này có thể gây ra các biến chứng, vì vậy xét nghiệm không xâm lấn theo sau chụp CT sẽ là cách hữu ích để xác định xem bệnh nhân nào thực sự cần sinh thiết, Bhatia nói.

Để tùy chỉnh các hạt nano cảm biến cho bệnh ung thư phổi, các nhà nghiên cứu đã phân tích một cơ sở dữ liệu về các gen liên quan đến ung thư có tên là Cancer Atlas Genome và xác định các protease có nhiều trong ung thư phổi. Họ đã tạo ra một bảng gồm 14 hạt nano bọc peptide có thể tương tác với các enzyme này.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các cảm biến trong hai mô hình ung thư chuột khác nhau. Cả hai đều được thiết kế với các đột biến gen khiến chuột phát triển khối u phổi một cách tự nhiên. Để tránh nhiễu có thể đến từ các cơ quan khác hoặc trong máu, các nhà nghiên cứu đã tiêm các hạt nano trực tiếp vào đường thở.

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện thử nghiệm chẩn đoán của họ tại ba thời điểm: 5 tuần; 7,5 tuần; và 10,5 tuần sau khi bắt đầu phát triển khối u. Để chẩn đoán chính xác hơn, họ đã đào tạo một thuật toán phân biệt giữa dữ liệu của chuột có khối u và chuột không có.

Kết quả, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, họ phát hiện chính xác khối u ở một trong những mô hình chuột sau 7,5 tuần, khi khối u có kích thước trung bình 2,8 milimét. Trong các chủng chuột khác, khối u có thể được phát hiện sau 5 tuần. Tỷ lệ thành công của xét nghiệm tương đương hoặc tốt hơn so với tỷ lệ thành công của quét CT được thực hiện tại cùng thời điểm.

Đối với ung thư phổi, phát hiện sớm rất quan trọng, vì tỷ lệ sống thêm được 5 năm cao hơn ít nhất 6 lần ở những người bệnh được phát hiện khối u trước khi chúng di căn đến những vị trí khác trong cơ thể.

Các nhà nghiên cứu con·phát hiện ra, xét nghiệm mới này có thể phân biệt giữa ung thư giai đoạn đầu và viêm phổi không ung thư. Viêm phổi, phổ biến ở những người hút thuốc, là một trong những lý do khiến quét CT cho rất nhiều kết quả dương tính giả.

Bhatia hình dung rằng hạt nano cảm biến của nhóm có thể được sử dụng như một chẩn đoán không xâm lấn cho những người có kết quả dương tính trong xét nghiệm sàng lọc. Để sử dụng ở người, nhóm của Bhatia đang nghiên cứu một dạng các hạt có thể hít vào dưới dạng bột khô hoặc thông qua máy phun sương. Cũng có thể sử dụng các hạt nano cảm biến này để theo dõi các khối u phổi phản ứng thế nào với điều trị.

Bhatia cũng đang nghiên cứu một phiên bản của cảm biến có thể sử dụng để phân biệt giữa các dạng viêm phổi do virus và vi khuẩn, giúp các bác sĩ xác định bệnh nhân nào cần dùng kháng sinh và thậm chí có thể cung cấp thông tin bổ sung cho các xét nghiệm axit nucleic (như xét nghiệm đang được phát triển cho Covid -19). Glympse Bio, công ty do Bhatia đồng sáng lập, cũng đang nghiên cứu phát triển phương pháp này để thay thế sinh thiết trong đánh giá bệnh gan.