Un document de diagnostic pour le cancer: test d'urine faible coût amplifie les signaux de tumeurs pour détecter la maladie de plus en plus

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Les taux de cancer dans les pays en développement ont grimpé en flèche ces dernières années, et représentent maintenant 70 pour cent de la mortalité par cancer dans le monde. La détection précoce a été prouvé pour améliorer les résultats, mais les approches de dépistage tels que les mammographies et la coloscopie, utilisés dans le monde développé, sont trop coûteux à mettre en œuvre dans les milieux avec peu d'infrastructure médicale.

Un document de diagnostic pour le cancer: test d'urine faible coût amplifie les signaux de tumeurs pour détecter la maladie de plus en plus

Les bandelettes de papier, qui travaillent semblable à un test de grossesse, révèlent la présence de protéines associées au cancer. Ils peuvent également être conçus pour détecter d'autres maladies.

Crédit: Bryce Vickmark

Pour combler cette lacune, les ingénieurs du MIT ont développé un test de papier simple, pas cher qui pourrait améliorer les taux de diagnostic et aider les gens sont traités plus tôt. Le diagnostic, qui fonctionne un peu comme un test de grossesse, pourrait révéler quelques minutes, basé sur un échantillon d'urine, si une personne a un cancer. Cette approche a permis de détecter les maladies infectieuses, et la nouvelle technologie permet maladies non transmissibles à être détectés en utilisant la même stratégie.

La technologie, développée par le professeur du MIT et Howard Hughes Medical Institute enquêteur Sangeeta Bhatia, se appuie sur des nanoparticules qui interagissent avec des protéines tumorales nommées protéases, dont chacun peut déclencher la libération de centaines de biomarqueurs qui sont alors facilement détectable dans l'urine d'un patient.

«Quand nous avons inventé cette nouvelle classe de biomarqueurs synthétique, nous avons utilisé un instrument hautement spécialisé pour faire l'analyse», dit Bhatia, John et Dorothy Wilson professeur de sciences de la santé et de la technologie et de génie électrique et informatique. "Pour le monde en développement, nous avons pensé qu'il serait intéressant de l'adapter à la place d'un test de papier qui pourrait être réalisée sur des échantillons non traités dans un cadre rural, sans avoir besoin d'aucun équipement spécialisé. La lecture simple pourrait même être transmise à une télécommande soignant d'une photo sur un téléphone mobile ".

Bhatia, qui est également membre de l'Institut Koch du MIT for Cancer Research intégrative et Institut d'ingénierie médicale et de la science, est l'auteur principal d'un article décrivant les particules dans les Actes de l'Académie nationale des sciences de la semaine du 24 février Le auteurs principaux de papier sont étudiants diplômés Andrew Warren, postdoc Gabriel Kwong, et ancien postdoc David Wood.

Amplifier des signaux de cancer

En 2012, Bhatia et ses collègues ont introduit le concept d'une technologie de biomarqueur synthétique pour amplifier les signaux à partir de protéines tumorales qui seraient difficiles à détecter sur leur propre. Ces protéines, appelées métalloprotéinases de matrice (MMP), permet de cellules cancéreuses échapper à leurs emplacements d'origine en coupant à travers les protéines de la matrice extracellulaire, qui maintient normalement les cellules en place.

Les nanoparticules MIT sont revêtues avec des peptides (fragments de protéines courte) ciblés par différentes MMP. Ces particules se rassemblent dans les sites tumoraux, où les MMP clivent des centaines de peptides, qui se accumulent dans les reins et sont excrétés dans l'urine.

Dans la version originale de la technologie, ces peptides ont été détectés à l'aide d'un instrument appelé un spectromètre de masse, qui analyse la composition moléculaire d'un échantillon. Cependant, ces instruments ne sont pas facilement disponibles dans le monde en développement, de sorte que les chercheurs ont adapté les particules afin qu'ils puissent être analysés sur papier, en utilisant une approche connue sous le nom d'un essai d'écoulement latéral - la même technologie utilisée dans les tests de grossesse.

Pour créer les bandelettes d'essai, les chercheurs ont d'abord revêtues du papier de nitrocellulose avec des anticorps qui peuvent capturer les peptides. Une fois que les peptides sont capturés, ils se écoulent le long de la bande et sont exposés à plusieurs lignes de test invisibles faites d'autres anticorps spécifiques aux différentes étiquettes attachées aux peptides. Si l'une de ces lignes devient visible, cela signifie que le peptide cible est présente dans l'échantillon. La technologie peut également être facilement modifié pour détecter de multiples types de peptides libérés par différents types ou stades de la maladie.

«Ce est une technologie intelligente et inspirée de développer de nouveaux composés exogènes qui peuvent détecter les conditions cliniques avec des concentrations élevées aberrante de la protéase», explique Samuel Sia, professeur agrégé de génie biologique à l'Université Columbia qui n'a pas participé à la recherche. «L'extension de cette technologie à la détection par les tests de bande est un grand bond en avant en apportant son utilisation dans les cliniques de soins ambulatoires et les établissements de santé décentralisés."

Dans les tests sur des souris, les chercheurs ont pu identifier avec précision les tumeurs du côlon, ainsi que la formation de caillots sanguins. Bhatia dit ces tests représentent la première étape vers un dispositif de diagnostic qui pourraient un jour être utile chez les patients humains.

"Ce est une nouvelle idée - pour créer un biomarqueur excrété lieu de compter sur ce que le corps vous donne», dit-elle. "Pour prouver cette approche va vraiment être un diagnostic utile, la prochaine étape est de tester dans des populations de patients."

Diagnostic en développement

Pour aider à réaliser cet objectif, l'équipe de recherche a récemment remporté une subvention de Deshpande Center MIT pour l'innovation technologique pour développer un plan d'affaires pour un démarrage qui pourraient travailler sur la commercialisation de la technologie et de l'exécution des essais cliniques.

Bhatia affirme que la technologie serait probablement d'abord être appliqué aux populations à haut risque, comme les personnes qui ont eu un cancer précédemment, ou ont eu un membre de la famille avec la maladie. Finalement, elle aimerait voir utilisé pour la détection précoce sur l'ensemble les pays en développement.

Cette technologie pourrait également se avérer utile aux États-Unis et d'autres pays où plus de diagnostics avancés sont disponibles, comme une alternative simple et peu coûteux à l'imagerie. "Je pense que ce serait bien de le ramener à ce paramètre, où le point-of-care, la détection du cancer sans image, que ce soit dans votre maison ou dans une clinique de la pharmacie, pourrait vraiment être transformatrice», dit Bhatia.

Avec la version actuelle de la technologie, les patients devraient d'abord recevoir une injection des nanoparticules, puis uriner sur la bande d'essai de papier. Pour rendre le processus plus pratique, les chercheurs travaillent maintenant sur une formulation de nanoparticules qui pourraient être implanté sous la peau pour la surveillance à long terme.

L'équipe travaille également à identifier les signatures de MMP qui pourraient être exploitées en tant que biomarqueurs pour d'autres types de cancer, ainsi que pour les tumeurs qui ont métastasé.

La recherche a été financée par une bourse de recherche National Science Foundation Graduate, un Mazumdar-Shaw international oncologie Fellowship, le Prix Ruth L. Kirschstein service national de recherche des Instituts nationaux de la santé, le Fonds Burroughs Wellcome, l'Institut national du cancer, et Howard Hughes Medical Institute.