Supersensitiv nanoenhed kan opdage ekstremt tidlige kræftformer

(Phys.org) — Ekstremt tidlig opdagelse af kræft og andre sygdomme er i horisonten med en superfølsom nanoenhed, der udvikles på University of Alabama i Huntsville (UAH) i samarbejde med The Joint School of Nanoscience and Nanoengineering (JSNN) i Greensboro, NC.

Enheden er klar til at blive pakket ind i en madpakkestørrelse enhed, der i sidste ende kan bruge en mobiltelefon-app til at give testresultater.

"Vi indsender ansøgninger om tilskud med vores samarbejdspartner Dr. Jianjun Wei, en lektor ved JSNN, til National Institutes of Health for at finansiere vores fremtidige integrationsarbejde, " siger Dr. Yongbin Lin, en forsker ved UAH's Nano and Micro Devices Center, som har arbejdet på nanoenheden i kernen af ​​den diagnostiske enhed i omkring fem år. "I fremtiden, vi vil lave en integration af systemet med alt i en boks. Hvis vi får støtte, Jeg tror, ​​at det kan blive realiseret inden for tre til fem år.«

Udstyrets følsomhed lover at finde kræft på et meget tidligt stadie, selv mens det er på den lille klynge af celler niveau, siger Dr. Lin. "På det tidspunkt det er nemmere at behandle."

En sådan test påviser små niveauer af Interleukin-6 (IL-6) i blodbanen. IL-6 udskilles af kroppens T-celler og makrofager for at stimulere inflammatoriske og immunresponser.

"Hvis du har kræft, så vil dit grundlæggende niveau af IL-6 stige, " Dr. Lin siger. "Mange kræftformer har forbindelser til IL-6." Forhøjet IL-6 kunne også signalere betændelse, der indikerer tilstedeværelsen af ​​andre tilstande. Forskerne udvikler også tests for prostataspecifikt antigen, en indikator for prostatacancer, men enheden kunne kalibreres til at teste for alle proteinantigenbiomarkører.

Når først pakket, den bærbare enhed vil være ideel til brug på stedet, Dr. Lin siger, giver hurtige resultater uden behov for et testlaboratorium.

"Vi behøver ikke sende din blodprøve nogen steder. Vi bringer den bare til din seng."

Det ville især være en velsignelse for lande, der har begrænsede medicinske faciliteter og budgetter, han siger, hvor testudstyret kan være værdifuldt til at bekæmpe sygdomsudbrud som ebola-virussen i Vestafrika.

"Det her kunne fungere i den situation, " Dr. Lin siger. "Vi skulle bare finde et specifikt antigen for den virus."

En nanoprobe, der er 125 mikrometer i diameter med guldnanodotter på en 4 mikron fiberkerne, er kernen i maskinen.

Hver guldnanodot ligner en skive og er 160 nanometer i diameter, siger Dr. Lin. Det er for lille til at det menneskelige øje kan se - faktisk, nanoproben skal samles ved hjælp af et elektronmikroskop. Proben er belagt med et biokemisk led, så specifikke antistoffer til den pågældende test vil binde sig til den.

"Vi bruger hvert antistof, fordi det har evnen til at binde sig til dets specifikke antigener. Når først antistoffet binder til det, vi kan teste for mængden af ​​tilstedeværende antigener, Dr. Lin siger. Den test er baseret på lysbrydning fra antigener bundet til antistofferne på nanoproben.

"Nanopartiklernes egenskaber vil give dig et resonansskifte efter en biologisk bindingsreaktion, " siger Dr. Lin. Den fiberoptiske tråd, som sensorerne er fastgjort på, dirigerer de resulterende lysbølger til et spektrometer, og en computer bestemmer testresultatet.

"Det er personlig medicin, men det er også en form for forebyggende medicin, " siger Taylor Bono, en UAH senior fra Madison, som forfølger en lægekarriere og har hjulpet med forskningen.

Indtil pakke- og integrationsarbejdet er finansieret, testudstyret er placeret på hjørnet af et arbejdsbord i et laboratorium i UAH Optics Building. Tidlige test involverede at identificere DNA-profiler, før forskningen udviklede sig til antigener.

Bono lavede noget af det tidlige følsomhedstest arbejde sammen med UAH senior Molly Sanders fra Huntsville, som er bachelor, der samtidig arbejder på sin kandidatgrad i biologi som en del af UAH's Joint Undergraduate Master's Program (JUMP).

"Selvom jeg ikke var bekendt med fysik, Jeg kunne hjælpe med den biologiske side af det. Jeg ville aldrig have vidst noget om dette, hvis jeg ikke havde haft denne mulighed. " siger Sanders. De to arbejdede sammen i 2013 med prostataspecifikke antigenopløsninger for at bestemme enhedens følsomhed. Sanders er hovedforfatter og Bono forfatter til et papir om denne forskning.

"Det væsentligste aspekt ved enheden medicinsk er, at den kan detektere sporniveauer af kræftbiomarkører i blodet, " siger Sanders.

Laboratoriearbejdet er nu ansvaret for UAH junior Savannah Kaye fra Libanon, Penn. "Jeg tester nanoprobespidsen i to forskellige opløsninger for at se, om antistoffer klæber til den, " hun siger.

UAH Associate Vice President for Research Dr. Robert Lindquist, den tidligere direktør for Center for Anvendt Optik, var en tidlig bidragyder til forskningen, Dr. Lin siger. "Han er en stærk tilhænger af dette projekt."