Håndholdt NMR-instrument giver hurtig analyse af humane tumorer

Ved at bruge en håndholdt molekylær billeddannelsesenhed i kombination med magnetiske nanopartikler og en smartphone, et team af efterforskere fra Massachusetts General Hospital og Harvard Medical School har udviklet en hurtig, bærbar og potentielt billig metode til at påvise kræft fra humane biopsiprøver. De indledende resultater opnået ved brug af biopsier taget fra humane cancerpatienter viser, at denne enhed overtrumfer traditionelle patologiske metoder, både hvad angår hastighed og diagnostisk nøjagtighed.

Ralph Weissleder, co-principal investigator af MIT-Harvard Center for Cancer Nanotechnology Excellence, ledet dette udviklingsprojekt. Han og hans kolleger offentliggjorde resultaterne af deres arbejde i tidsskriftet Videnskab translationel medicin .

Typisk, kræft diagnosticeres ved at indsamle humane vævsprøver, enten fjernet kirurgisk eller via en fin nål indsat i en klump, og sender prøverne til et histopatologisk laboratorium, hvor prøven i løbet af flere dage analyseres ved hjælp af forskellige vævsfarvninger, der fremhæver cellulære træk karakteristiske for tumorer til visualisering under et mikroskop. En sådan analyse er ikke kun tidskrævende, det er i bedste fald semikvantitativt og kræver en uddannet patologs tekniske ekspertise.

Den nye tilgang til kræftdiagnose, som Dr. Weissleder og hans samarbejdspartnere har udviklet, er afhængig af den udsøgte følsomhed, som kernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) giver. en analytisk teknik, der rutinemæssigt bruges af kemikere til at karakterisere komplekse molekyler og en, der danner grundlaget for magnetisk resonansbilleddannelse (MRI). Men i stedet for at bruge en standard, NMR-maskine i bordstørrelse, Mass General-teamet designede og byggede en langt mindre dyr håndholdt NMR-maskine, der forbinder med en mikrofluidisk enhed og sender resultaterne til en smartphone, som også bruges til at styre enheden. Enheden kan detektere tilstedeværelsen af ​​flere magnetiske nanopartikler, hver designet til at binde til en specifik tumor-associeret molekylær markør.

I den første evalueringsrunde efterforskerne analyserede fine nålebiopsier taget fra 50 patienter, der var mistænkt for at have ondartede abdominale tumorer. Efter et hurtigt forberedende trin, suspensionen af ​​celler fra biopsien blev behandlet med en blanding af magnetiske nanopartikler, hver designet til at binde til en af ​​ni specifikke cancerbiomarkører, og derefter sprøjtes ind i enhedens mikrofluidkanaler. Datasignaler fra microNMR-maskinen blev sendt trådløst til en smartphone til analyse og udlæsning. Instrumentet identificerede korrekt alle 44 prøver diagnosticeret som maligne ved standard histopatologi.

Baseret på data genereret i dette første sæt af eksperimenter, efterforskerne analyserede fine nålebiopsier fra yderligere 20 patienter ved hjælp af kun fire af de mærkede nanopartikler. Resultaterne fra dette eksperiment var endnu bedre, demonstrerer 96 % diagnostisk nøjagtighed, langt over histopatologiens 84% ​​nøjagtighed, guldstandarden for kræftdiagnose. I øvrigt, microNMR-smartphone-enheden giver en diagnose inden for en time, sammenlignet med tre dage for at opnå resultater fra histopatologi.

Dette arbejde, som er beskrevet i et papir med titlen, "Mikro-NMR til hurtig molekylær analyse af humane tumorprøver, " blev delvist 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. Et sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.