Ο Δρ. Ho Sang Jung και η ερευνητική του ομάδα από το Τμήμα Έρευνας Προηγμένων Βιολογικών και Υγειονομικών Υλικών στο Κορεατικό Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών (KIMS) ανέπτυξαν έναν οπτικό βιοαισθητήρα ικανό να ανιχνεύει ίχνη DNA καρκινικών κυττάρων στην κυκλοφορία του αίματος με υψηλή ευαισθησία, επιτρέποντας την έγκαιρη διάγνωση του καρκίνου. Τα ευρήματα δημοσιεύονται στο περιοδικό Advanced Science.
Σε σύγκριση με τις συμβατικές τεχνικές υγρής βιοψίας, αυτός ο βιοαισθητήρας προσφέρει ανώτερη ευαισθησία και ειδικότητα, και το ξεχωριστό του χαρακτηριστικό έγκειται στην ικανότητά του να διαγιγνώσκει τον καρκίνο νωρίς χρησιμοποιώντας μόνο φωτεινά σήματα και ανάλυση που βασίζεται στην τεχνητή νοημοσύνη, χωρίς την ανάγκη για πολύπλοκες διαδικασίες δοκιμών. Όταν αναπτύσσονται καρκινικά κύτταρα, εμφανίζονται ανεπαίσθητες χημικές αλλαγές στην επιφάνεια του DNA στην κυκλοφορία του αίματος – ένα φαινόμενο γνωστό ως μεθυλίωση του DNA.
Στα πρώιμα στάδια του καρκίνου, η συγκέντρωση του μεθυλιωμένου DNA είναι εξαιρετικά χαμηλή, καθιστώντας δύσκολη την ανίχνευσή του με συμβατικούς βιοαισθητήρες σε υψηλή ευαισθησία. Για να ξεπεράσει αυτή την πρόκληση, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια τεχνολογία υλικών βιοαισθητήρα που επιτρέπει την ανίχνευση μεθυλιωμένου DNA χρησιμοποιώντας οπτικά σήματα υψηλής ευαισθησίας και ανάλυση τεχνητής νοημοσύνης, χωρίς να απαιτείται πρόσθετη επεξεργασία ή πολύπλοκα βήματα ανάλυσης.
Η ερευνητική ομάδα ενσωμάτωσε οπτική σηματοδότηση υψηλής ευαισθησίας και ανάλυση τεχνητής νοημοσύνης με πλασμονικά υλικά. Αυτά τα υλικά μπορούν να ενισχύσουν τα οπτικά σήματα των μορίων DNA κατά περισσότερες από 100 εκατομμύρια φορές σε απόκριση στο φως, επιτρέποντας την ανίχνευση ακόμη και εξαιρετικά μικρών ποσοτήτων DNA.
Ως αποτέλεσμα, ο βιοαισθητήρας είναι ικανός να αναγνωρίζει μεθυλιωμένο DNA σε συγκεντρώσεις τόσο χαμηλές όσο 25 fg/mL (φεμτογραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο) στα πρώιμα στάδια ανάπτυξης καρκίνου. Για να το θέσουμε σε προοπτική, 25 fg/mL ισοδυναμούν με τη διάλυση του 1/25.000ου ενός κόκκου ζάχαρης σε μία μόνο σταγόνα νερού. Αυτό αντιπροσωπεύει μια 1.000πλάσια βελτίωση στην ευαισθησία σε σύγκριση με τους συμβατικούς βιοαισθητήρες.
Η ερευνητική ομάδα εφάρμοσε τον ανεπτυγμένο βιοαισθητήρα σε δείγματα αίματος από 60 ασθενείς με καρκίνο του παχέος εντέρου, επιτυγχάνοντας ποσοστό ακρίβειας 99% στην ανίχνευση της παρουσίας καρκίνου. Επιπλέον, ο βιοαισθητήρας διέκρινε με επιτυχία μεταξύ των σταδίων του καρκίνου από το Στάδιο Ι έως το Στάδιο IV με υψηλή ακρίβεια. Η ανάλυση απαιτούσε μόνο 100 μL (μικρολίτρα) αίματος και ολοκληρώθηκε μέσα σε 20 λεπτά, επιδεικνύοντας μια εξαιρετικά απλή και γρήγορη διαγνωστική διαδικασία.
Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει την ανίχνευση ιχνοποσοτήτων καρκινικού DNA με υψηλή ευαισθησία χωρίς καμία προεπεξεργασία, καθιστώντας την εξαιρετικά ανταγωνιστική για χρήση στην αγορά έγκαιρης διάγνωσης καρκίνου. Σε σύγκριση με τον συμβατικό εξοπλισμό, μειώνει σημαντικά τόσο τον χρόνο όσο και το κόστος ανάλυσης, επιτρέποντας πιθανή εφαρμογή σε νοσοκομεία, κέντρα ελέγχου υγείας, διαγνωστικά κιτ στο σπίτι και φορητές διαγνωστικές συσκευές. Δεν είναι μόνο κατάλληλη για ιατρική ακριβείας, αλλά και εξαιρετικά αποτελεσματική για εφαρμογές Point-of-Care Testing (POCT).
Ο Δρ. Ho Sang Jung, Ανώτερος Ερευνητής στο KIMS και επικεφαλής του έργου, δήλωσε: «Αυτή η τεχνολογία χρησιμεύει ως διαγνωστική πλατφόρμα επόμενης γενιάς ικανή όχι μόνο για έγκαιρη ανίχνευση καρκίνου, αλλά και για πρόβλεψη πρόγνωσης και παρακολούθηση της ανταπόκρισης στη θεραπεία. «Σχεδιάζουμε να επεκτείνουμε την εφαρμογή της σε ένα ευρύ φάσμα ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων αυτοάνοσων διαταραχών και νευρολογικών παθήσεων».
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!