Ny sensor integrerer påvisning af inflammatorisk tarmsygdom i koloskopiproceduren

Forskere har udviklet den første sensor, der er i stand til objektivt at identificere inflammatorisk tarmsygdom (IBD) og skelne mellem dens to undertyper. Enheden repræsenterer en betydelig præstation mod en mere personlig tilgang til diagnosticering og behandling af IBD, en kronisk betændelse i mave -tarmkanalen, der rammer mere end 1 million amerikanere.

De nuværende diagnostiske og behandlingsmæssige procedurer for IBD er upræcise og afhænger i høj grad af forsøg og fejl. I The Optical Society's journal Biomedicinsk optik Express , forskere rapporterer om en pilotundersøgelse af et specialudviklet endoskop, der bruger kemisk fingeraftryksteknik Raman-spektroskopi til at detektere molekylære markører for IBD i tyktarmen.

Sensoren er designet som en minimalt invasiv sonde, der let kan integreres i en rutinemæssig koloskopiundersøgelse. Efter yderligere forfining, forskerne siger, at læger kunne bruge enheden til at hjælpe med at diagnosticere IBD og evaluere en patients reaktion på behandlingen.

"Med de nuværende metoder, i sidste ende er diagnosen afhængig af, hvordan patienten reagerer på terapi over tid, og du kender ofte ikke diagnosen, før det er et par år siden, "sagde Anita Mahadevan-Jansen fra Vanderbilt University, USA, seniorforfatter af papiret, der startede projektet efter en personlig erfaring med IBD. "Derfor besluttede vi at bruge en lysbaseret metode til at undersøge biokemien for, hvad der foregår i tyktarmen. Vores mål er at bruge Raman-spektroskopi til at se på de egentlige inflammatoriske signaler."

Søger en guldstandard til diagnose

IBD forekommer i to undertyper:ulcerøs colitis (UC), som typisk er begrænset til tyktarmen, og Crohns sygdom, som kan forekomme i enhver del af mave -tarmkanalen. De kan forårsage lignende symptomer såsom alvorlig diarré, smerte, træthed og vægttab, alligevel reagerer de to typer forskelligt på tilgængelige behandlinger, som omfatter medicin, kostindgreb og kirurgi.

Læger bruger i øjeblikket en kombination af kliniske, radiologiske og patologiske metoder til at diagnosticere en patients IBD -undertype og vejlede behandlingsbeslutninger, men disse metoder opdager symptomer, frem for den underliggende sygdomskilde, og processen har manglet en objektiv guldstandard. Som resultat, op til 15 procent af patienterne får diagnosen ubestemt colitis, hvilket betyder, at undertypen er ukendt, og yderligere 5 til 14 procent får deres IBD omklassificeret baseret på, hvordan de reagerer på behandling.

Tidligere forskning foretaget i vævsprøver fra mennesker med IBD viste, at UC og Crohns sygdom har forskellige molekylære signaturer. Den nye sonde registrerer disse signaturer for at hente oplysninger om ikke kun sygdomstype, men også den nuværende grad af inflammation og endda tidlige indikatorer for IBD, der opstår før observerbare ændringer i tarmvævet.

"De fleste mennesker gennemgår baseline -koloskopi som en del af rutinemæssig pleje, og du kunne forestille dig at bruge dette til at få et grundlæggende Raman -signal for hver person, "sagde Mahadevan-Jansen." Hvis nogen senere får IBD-symptomer, du kan bruge vores system igen til at afgøre, om det er mere sandsynligt, at det er UC eller Crohns. Så når de bliver behandlet, du har en objektiv foranstaltning til at spore deres svar, fordi du kan bruge enheden til faktisk at kvantificere mild, moderat eller svær betændelse. "

Oprettelse af en klinikklar enhed

For at udvikle sonden, forskerne brugte først vævsprøver og dyremodeller til at identificere foreløbige biomarkører og spektrale signaturer i overensstemmelse med IBD. De specialfremstillede derefter et bærbart Raman-spektroskopisystem med en 785 nm diodelaser og fiberoptisk sonde, der leverer 80 mW til overfladen af ​​tyktarmen.

"Tilpasningen var både emballagen - for at sikre, at den let kan passe ind i endoskopikanalen og bøje sig gennem tyktarmen - og for at undersøge den rigtige dybde i de væv, vi ser på, for at sikre, at vi kan få en robust måling , "forklarede Mahadevan-Jansen.

Raman -spektroskopi er tidligere blevet anvendt i mave -tarmkanalen til kræftpåvisning, men at bruge det til at måle markører for inflammation udgør nogle unikke udfordringer, fordi signalerne er langt mere subtile. Dette nødvendiggjorde særlig teknik, for eksempel, at inkludere filtre, der eliminerer Raman -signaturen produceret af komponenterne i selve sonden.

I deres pilottest, forskerne brugte enheden til 15 patienter med en eksisterende diagnose af Crohns sygdom, otte patienter med UC og otte raske frivillige. Generelt, resultaterne tyder på høj følsomhed (evnen til at detektere IBD) men dårlig specificitet (evnen til at skelne mellem undertyper), selvom resultaterne varierer afhængigt af graden af ​​betændelse og hvor målingen blev foretaget. Ved måling af højre tyktarm hos patienter med aktiv betændelse, for eksempel, enheden opdagede Crohns sygdom med en følsomhed på 90 procent og en specificitet på 75, sammenlignet med 86 procent og 39 procent, henholdsvis, når resultaterne er gennemsnitlige for alle sygdomstilstande, betændelsesniveauer og placeringer i tyktarmen.

Ser frem til

Forskerne fokuserer nu på at forfine et sæt algoritmer, der hjælper læger med at fortolke testresultater for en given patient. For at forbedre testens specificitet, teamet analyserer data fra en udvidet kohorte af patienter for at se, hvordan faktorer som køn, kost, demografi og behandlingsregime påvirker Raman -signaturen. Ultimativt, de forestiller sig et system, der kombinerer nøgleinformation om patienten med Raman -spektre til at levere, på få sekunder, skræddersyede resultater, der kan informere en diagnose eller hjælpe med at spore en patients reaktion på behandlingen.

"Det er en unik måde at tænke på personlig medicin, der tager hensyn til alle former for information - ud over bare genomet - herunder demografi og mange andre faktorer, der gør en person unik, "sagde Mahadevan-Jansen." Vores laboratorium har virkelig presset på for at finde måder at anvende optisk teknologi til at understøtte denne form for personlig medicin. "

Forskerne forfølger også undersøgelser af dyremodeller for yderligere at forstå kilderne til forskellige molekylære signaler, identificere de typer ændringer, der kan forventes som følge af behandlingen, og afgøre, om enheden kan bruges til at detektere IBD eller risikofaktorer på endnu tidligere stadier.