חוקרים מאוניברסיטת נוטרדאם פיתחו מכשיר חדשני, אוטומטי המסוגל לאבחן גליובלסטומה, סרטן מוח שגדל במהירות וחשוכת מרפא, תוך פחות משעה. חולה גליובלסטומה ממוצע שורד 12-18 חודשים לאחר האבחנה.
עיקר האבחון הוא ביו-שבב המשתמש בטכנולוגיה אלקטרו-קינטית כדי לזהות סמנים ביולוגיים, או קולטנים פעילים של Epidermal Growth Factor Receptors (EGFRs), אשר מתבטאים יתר על המידה בסוגי סרטן מסוימים כגון גליובלסטומה ונמצאים בשלפוחיות חוץ-תאיות.
שלפוחיות חוץ-תאיות או אקסוזומים הם ננו-חלקיקים ייחודיים המופרשים על ידי תאים. הם גדולים -; גדול פי 10 עד 50 ממולקולה -; ויש להם מטען חלש. הטכנולוגיה שלנו תוכננה במיוחד עבור הננו-חלקיקים האלה, תוך שימוש בתכונות שלהם לטובתנו".
הסואה-צ'יה צ'אנג, מחברת מחקר ופרופסור באייר, הנדסה כימית וביו-מולקולרית, אוניברסיטת נוטרדאם
האתגר של החוקרים היה כפול: לפתח תהליך שיוכל להבחין בין EGFRs פעילים ללא פעילים, וליצור טכנולוגיית אבחון רגישה אך סלקטיבית באיתור EGFRs פעילים על שלפוחיות חוץ-תאיות מדגימות דם.
לשם כך, החוקרים יצרו ביו-שבב המשתמש בחיישן אלקטרו-קינטי זול בגודל של כדור בעט כדורי. בשל גודל השלפוחית החוץ-תאית, נוגדנים על החיישן יכולים ליצור קשרים מרובים לאותה שלפוחית תאית. שיטה זו משפרת משמעותית את הרגישות והסלקטיביות של האבחון.
ואז ננו-חלקיקי סיליקה סינתטיים "מדווחים" על נוכחותם של EGFRs פעילים על השלפוחיות החוץ-תאיות שנלכדו, תוך הבאת מטען שלילי גבוה. כאשר קיימות שלפוחיות חוץ-תאיות עם EGFRs פעילים, ניתן לראות שינוי מתח, המעיד על נוכחות גליובלסטומה במטופל.
אסטרטגיית חישת מטען זו ממזערת את ההפרעות הנפוצות בטכנולוגיות חיישנים נוכחיות המשתמשות בתגובות אלקטרוכימיות או פלואורסצנטיות.
"החיישן האלקטרו-קינטי שלנו מאפשר לנו לעשות דברים שדיאגנוסטיקה אחרת לא יכולה", אמר סאטיאג'יוטי סנאפטי, פרופסור עמית מחקר להנדסה כימית וביו-מולקולרית בנוטרדאם ומחבר שותף במחקר. "אנו יכולים לטעון דם ישירות ללא כל טיפול מקדים לבודד את השלפוחיות החוץ-תאיות מכיוון שהחיישן שלנו אינו מושפע מחלקיקים או מולקולות אחרים. הוא מראה רעש נמוך והופך את שלנו לרגיש יותר לגילוי מחלות מאשר טכנולוגיות אחרות".
בסך הכל, המכשיר כולל שלושה חלקים: ממשק אוטומציה, אב טיפוס של מכונה ניידת המנהלת חומרים להפעלת הבדיקה והביו-שבב. כל בדיקה דורשת ביו-שבב חדש, אבל ממשק האוטומציה ואב הטיפוס ניתנים לשימוש חוזר.
הפעלת בדיקה אחת אורכת פחות משעה, ודורשת רק 100 מיקרוליטר דם. כל ביו-שבב עולה פחות מ-2 $ בחומרים לייצור.
למרות שמכשיר האבחון הזה פותח עבור גליובלסטומה, החוקרים אומרים שניתן להתאים אותו לסוגים אחרים של ננו-חלקיקים ביולוגיים. זה פותח את האפשרות לטכנולוגיה לזהות מספר סמנים ביולוגיים שונים למחלות אחרות. צ'אנג אמר שהצוות בוחן את הטכנולוגיה לאבחון סרטן הלבלב ופוטנציאל להפרעות אחרות כמו מחלות לב וכלי דם, דמנציה ואפילפסיה.
"הטכניקה שלנו אינה ספציפית לגליובלסטומה, אבל זה היה מתאים במיוחד להתחיל איתה בגלל כמה היא קטלנית והיעדר בדיקות סקר מוקדמות זמינות", אמר צ'אנג. "התקווה שלנו היא שאם גילוי מוקדם אפשרי יותר, אז יש סיכוי מוגבר לשרוד".
דגימות דם לבדיקת המכשיר סופקו על ידי המרכז לחקר סרטן המוח במכון לחקר הסרטן אוליביה ניוטון-ג'ון במלבורן, אוסטרליה.
בנוסף לצ'אנג וסנאפטי, משתפי פעולה נוספים כוללים פוסט דוקטורט לשעבר בנוטרדאם נלין מאניה וסונו קומאר; ג'פרי פרנקלין, ג'יימס היגינבוטהם ורוברט קופי מאוניברסיטת ונדרבילט; ואנדרו סקוט והווי גאן מהמכון לחקר הסרטן אוליביה ניוטון-ג'ון ומאוניברסיטת לה טרוב. המחקר מומן על ידי הקרן הלאומית של המכונים הלאומיים לבריאות.
צ'אנג וסנאפטי קשורים למכון Berthiaume של נוטרדאם לבריאות מדויקת, המכון לחקר הסרטן בהרפר ו-NDnano.
