Verdens første blodprøve til overvågning af kræftbehandlingssucces i realtid

Kræftpatienter, der er i målrettet behandling, kan se frem til en ny blodprøve, der kan fortælle deres læger, om behandlingen virker, inden for et døgn efter behandlingens start. Dette vil fremskynde evalueringsprocessen betydeligt og gøre det muligt for læger at foretage justeringer af behandlingsplanen, Hvis det er nødvendigt, at forbedre patienternes chancer for at blive rask.

I modsætning til konventionelle kemoterapier, der interfererer med alle hurtigt delende celler og kan forårsage udbredt beskadigelse af celler, målrettet medicin angriber specifikke molekyler, der instruerer kræftceller til at vokse og sprede sig og igen blokere den unormale vækst af kræften. På trods af den specifikke karakter af målrettede lægemidler, nuværende kliniske evaluering af deres behandling i solide tumorer er primært afhængig af enten tumorvolumetrisk billeddannelse, som er ufølsom og forsinket, eller invasive vævsbiopsier.

Adjunkt Shao Huilin og hendes forskerhold fra Institut for Biomedicinsk Teknik og Institut for Sundhedsinnovation &Teknologi (iHealthtech) ved National University of Singapore (NUS) har udviklet en teknologi, der er nøjagtig, mindre invasiv og fremrykker evalueringsvinduet væsentligt, ved at bruge flydende biopsier.

Succesrate tilgængelig i 24 timer efter kræftbehandling

Teknikken, benævnt ekstracellulær vesikelmonitorering af små molekylers kemiske belægning og proteinekspression (ExoSCOPE), er den første af sin slags i verden. Det udnytter ekstracellulære vesikler (EV'er), der udskilles af kræftceller og cirkulerer i blodet som en reflekterende indikator for lægemiddeleffektivitet i solide tumorer.

"Konventionelle procedurer såsom tumorbilleddannelse er ikke kun dyre, men også forsinkede. For disse metoder, behandlingseffektivitet kan først bestemmes efter uger. Ved at bruge ExoSCOPE, vi kan direkte måle resultaterne af lægemidlets effektivitet inden for 24 timer efter behandlingsstart. Dette vil betydeligt reducere tiden og omkostningerne til overvågning af kræftbehandling, " sagde den ledende videnskabsmand Asst Prof Shao.

Hun tilføjede, "Denne metode kræver kun en lille mængde blodprøve til analysen, og hver test tager mindre end en time at gennemføre. Så, den er mindre invasiv og alligevel mere informativ. På denne måde læger kunne overvåge en patients respons på behandlingen mere regelmæssigt i løbet af behandlingen, og foretag rettidige justeringer for at tilpasse behandlingen til bedre resultater."

Forskningen blev først offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Natur nanoteknologi .

Følsom måling af lægemiddelinteraktioner

For at opnå følsom og hurtig analyse af lægemiddeleffektivitet gennem blodprøver, NUS-forskerholdet udviklede ExoSCOPE som en integreret nanoteknologiplatform. Den måler elbiler, som er membranvesikler af dimension mindst hundrede gange mindre end diameteren af ​​menneskehår og usynlige under konventionel lysmikroskopi. Under vellykket kræftbehandling, når et målrettet kræftlægemiddel binder sig til en kræftcelle og forstyrrer tumorvækst, den behandlede celle vil frigives til blodbanen elbiler, der indeholder lægemidlet.

ExoSCOPE-platformen udnytter en komplementær tilgang til kemisk biologi og sensorudvikling til at måle disse delikate lægemiddelændringer i elbiler.

"Nuværende teknologier til at måle lægemiddel-mål-interaktioner kræver kompleks behandling og invasive vævsbiopsier, begrænser deres kliniske anvendelighed til overvågning af kræftbehandling. Ved at bruge specialdesignede kemiske sonder, vores platform er meget følsom med hensyn til at opfange og mærke elbiler i en lille blodprøve for at vurdere lægemiddel-mål-interaktioner, " sagde Dr. Sijun Pan, Forskningsstipendiat fra NUS iHealthtech, og medførsteforfatter af undersøgelsen.

"ExoSCOPE-sensoren indeholder millioner af guld-nanoreringer til at fange EV'erne og forstærke deres lægemiddelmærkningssignaler for at inducere stærke lyssignaler. Disse lyssignaler behandles derefter for at give en udlæsning for at indikere lægemiddeleffektivitet, " sagde hr. Zhang Yan, en ph.d.-studerende fra NUS Institut for Biomedicinsk Teknik og iHealthtech, og medførsteforfatter af undersøgelsen.

Ved at bruge den udviklede ExoSCOPE platform, holdet indsamlede oplysninger om forskellige typer elbiler og deres medicinændringer, når de behandles med forskellige målrettede terapier. Platformen identificerer ikke kun kræftfrigivne elbiler, men overvåger også deres lægemiddeldynamik over tid for præcist at skelne behandlingsfølsomhed og resistens.

"Eksisterende blodfarmakokinetiske eller farmakodynamiske tilgange måler den samlede lægemiddelkoncentration i blodet. Denne ensembleinformation afspejler ikke lægemiddeleffektiviteten i tumorer. ExoSCOPE, imidlertid, måler lægemiddelændringer i kræftfrigivne elbiler for nøjagtigt at afspejle tumorbehandlingsresponser, " forklarede Asst Prof Shao.

Opmuntrende resultater fra klinisk undersøgelse

I et klinisk forsøg med 163 blodprøver fra 106 patienter, ExoSCOPE har vist opmuntrende resultater på lungekræftpatienter for at muliggøre rettidig evaluering af patienters målrettede behandlingsresultater. Sammenlignet med guldstandarden for tumorvolumetrisk billeddannelse, som blev udført i slutningen af ​​hele behandlingsregimet, ExoSCOPE opnåede en nøjagtighed på 95 procent, men inden for 24 timer efter behandlingsstart.

Denne tekniks overlegne analytiske ydeevne baner vejen for brugen af ​​blodbårne elbiler til overvågning af forskellige interaktioner mellem lægemidler og proteinmål i den menneskelige krop.

"ExoSCOPE præsenterer et paradigmeskifte i blodbaseret lægemiddelevaluering for målrettet lægemiddelvalg og behandlingsovervågning i realtid, " sagde Asst Prof Shao. "Teknikken kan også give det kliniske samfund mulighed for at træffe mere rettidige behandlingsbeslutninger."

Næste skridt

NUS-teamet på ni medlemmer tog to år (fra 2019 til 2021) at udvikle og validere ExoSCOPE-platformen. Deres næste udfordring er at udvide platformen til at måle effektiviteten af ​​forskellige lægemidler og anvende teknologien på et spektrum af sygdomme fra kræft til kardiovaskulære og neurologiske sygdomme. Der er indgivet patent på ExoSCOPE, og NUS-teamet håber at bringe denne teknologi på markedet i løbet af de næste tre år.

"Jeg håber, at vores teknologi kan bidrage til personlig behandling, til at guide udvælgelsen, dosering og varighed af forskellige behandlinger, og forbedre behandlingsresultater, " sagde Asst Prof Shao.