Magnetiske nanotags opdager kræft i mus tidligere end nuværende metoder

(PhysOrg.com) -- At søge efter biomarkører, der kan advare om sygdomme som kræft, mens de stadig er i deres tidligste stadie, vil sandsynligvis blive langt lettere takket være en innovativ biosensor-chip udviklet af Stanford University-forskere. Sensoren er op til 1, 000 gange mere følsom end nogen teknologi nu i klinisk brug, er nøjagtig, uanset hvilken kropsvæske der analyseres, og kan påvise biomarkørproteiner over en række koncentrationer tre gange bredere end nogen eksisterende metode, siger forskerne.

Nanosensor-chippen søger også efter op til 64 forskellige proteiner samtidigt og har vist sig at være effektiv til tidlig påvisning af tumorer i mus, tyder på, at det kan åbne døren til betydeligt tidligere påvisning af selv de mest uhåndgribelige kræftformer hos mennesker. Sensoren kan også bruges til at detektere markører for andre sygdomme end kræft. Forskerne offentliggjorde deres beskrivelse af deres magnetiske nanosensor i tidsskriftet Naturmedicin .

"I det tidlige stadie [af en kræftsygdom] proteinbiomarkørniveauet i blodet er meget, meget lav, så du har brug for ultrafølsom teknologi for at opdage det, " sagde Shan Wang, Ph.D., fra Stanford University og medlem af Center for Cancer Nanotechnology Excellence Focused on Therapy Response (Stanford CCNE). "Hvis du kan opdage det tidligt, du kan have tidlig intervention, og du har en meget bedre chance for at helbrede den person."

Wang sagde, at nanosensorteknologien også kunne give læger mulighed for hurtigt at bestemme, om en patient reagerer på et bestemt kemoterapiforløb. "Vi kan vide på dag to eller dag tre af behandlingen, om det virker eller ej, i stedet for en måned eller to senere, " han sagde.

Sensoren, som Wang og hans kolleger skabte, som bruger magnetisk detektionsnanoteknologi, de havde udviklet tidligere, kan detektere en given kræftassocieret proteinbiomarkør i en koncentration så lav som en del ud af hundrede milliarder (eller 30 molekyler i en kubikmillimeter blod). Selvom det grundlæggende i den magnetiske detektionsteknologi, der anvendes i den nye biosensor, blev beskrevet sidste år i et papir i Procedurer fra National Academy of Sciences , den nye sensor er ikke kun mere følsom end den forrige i flere størrelsesordener, det overgår også sin forgænger, såvel som detektionsmetoder, der nu er i klinisk brug, på flere andre måder.

Den mest imponerende præstationsgevinst beskrevet i Nature Medicine-papiret er, at forskerne nu har vist, at den magnetiske nano-sensor med succes kan detektere kræftsvulster i mus, når niveauer af kræftassocierede proteiner stadig er et godt stykke under de koncentrationer, der kan påvises ved hjælp af den nuværende standardmetodologi. kendt under akronymet ELISA. "Det er et kritisk fund for os, fordi det siger, at i en realistisk biologisk anvendelse - den med tumorvækst i mus - kan vi faktisk se tumorer, før noget andet kunne have opdaget dem, " sagde Sanjiv Gambhir, M.D., Ph.D., hovedefterforsker af Stanford CCNE.

"Jeg vil sige, at det [første papir] var bevis på teknologiens koncept, og Nature Medicine-papiret er bevis på konceptet for teknologien, der fungerer i en applikation i den virkelige verden, " sagde han. "En ting er at få teknologien til at vise, at den i princippet kan fungere; det er noget helt andet rent faktisk at bruge det med rigtige museblodprøver fra en rigtig mus, der dyrker en rigtig tumor."

I Nature Medicine papiret, forskerne viser, at den nye magnetiske nano-sensor har en bred vifte af følsomhed, fra del-per-milliard niveauer til koncentrationer seks størrelsesordener, eller en million gange, større. De bedste eksisterende analysemetoder, eller analyser, ved klinisk anvendelse kan detektere proteiner over en række koncentrationer på højst to størrelsesordener.

De fleste af de sensorplatforme, der i øjeblikket er i brug, er også begrænset til at udføre en enkelt analyse ad gangen. For at oprette en multiplekset analyse, Wang og hans kolleger knyttet magnet-nanosensorerne til en mikrochip i en række 64 sensorer, som hver kan sættes op til at detektere et andet protein. Som resultat, forskerne kan søge efter snesevis af forskellige proteiner samtidigt under en enkelt analyse. Den nye metode er også hurtigere end standard ELISA-analyser, med resultater, der typisk er tilgængelige i løbet af en til to timer.

Forskerne viste også, at sensoren er lige effektiv i enhver sandsynlig biologisk væske, eller matrix, at en læge ønsker at analysere for kræft-associerede proteiner. Disse væsker inkluderer urin, spyt, blodplasma (blod hvor blodlegemerne er fjernet), serum (blodplasma med de faktorer, der fremmer koagulering fjernet) og cellelysater (navnet anvendt på den cellulære gryderet fremstillet ved opløsning af celler).

Nøglen til alsidigheden af ​​den magnetiske-nano-sensor og det brede udvalg af koncentrationer, den kan detektere, ligger i dens brug af magnetisme og det brede udvalg af ultra-følsomme magnetiske detektorer udviklet til computerindustrien. Den grundlæggende detektionsmekanisme, der anvendes i de magnetiske nano-sensorer, er at fange proteiner og sygdomsmarkører ved hjælp af antistoffer, der naturligt har en tendens til at binde til disse molekyler, kendt som antigener. Antistofferne, kaldet "fange antistoffer, "påføres en sensor, så når matrixen af ​​interesse placeres på sensorchippen, de passende antigener binder.

Mens antigenerne holdes fast, endnu en klat antistoffer påføres. Disse antistoffer tiltrækkes til en anden molekylær region af antigenerne, der findes på sensorerne, og når det andet sæt antistoffer binder til antigener, de forsegler dem effektivt i en antistofsandwich. Forskerne påfører derefter en vask indeholdende magnetiske nanopartikelmærker, der er skræddersyet til at passe til specifikke antistoffer. De magnetiske nanotags binder sig til det ydre antistof på sandwichen, hvor de ændrer det omgivende magnetfelt på en lille, men tydelig og detekterbar måde, som registreres af detektoren.

En anden dyd ved teknologien, Wang sagde, er, at den bruger eksisterende teknologi, der allerede er i brug i datalagrings- og halvlederindustrien. På grund af det, "Den kan laves relativt billigt. Den minder [meget om] den samme sensor, du bruger i en harddisk til at læse en harddisk tilbage, " han sagde.

Et af de næste trin i forskningen, Wang sagde, er at teste de magnetiske nano-sensorer på menneskelige blodprøver taget fra et langtidsstudie, hvor forskere tog blod fra forsøgspersoner, før nogen af ​​dem blev diagnosticeret med kræft. Til denne ende, Stanford-teamet vil samarbejde med Fred Hutchison Cancer Research Center i Seattle og Canary Foundation, en nonprofit organisation, der fokuserer på tidlig diagnosticering af kræft.

Dette arbejde, som er beskrevet i et papir med titlen, "Matrix-ufølsomme proteinassays skubber grænserne for biosensorer i medicin, " blev støttet af NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, et omfattende initiativ designet til at fremskynde anvendelsen af ​​nanoteknologi til forebyggelse, diagnose, og behandling af kræft. Efterforskere fra MagArray Inc., deltog også i denne undersøgelse. Et sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.

Leveret af National Cancer Institute (nyheder:web)