במחקר שנערך לאחרונה ב-Nature Sustainability, חוקרים מתארים גישה אבחנתית המשלבת כתמי סרה מיובשים (DSS) עם שיטות ספקטרומטריות מסות יינון של ננו-חלקיקים משופרות של ננו-חלקיקים (NPELDI-MS) לאיתור סרטן מדויק וחסכוני.
לימוד: גישה בת קיימא לאבחון אוניברסלי של סרטן מטבולי. קרדיט תמונה: PeopleImages.com – Yuri A/Shutterstock.com
רקע כללי
יותר ממיליארד אנשים ברחבי העולם החמיצו אבחנות של מחלות, והדגישו את הצורך בשיטות אבחון אמינות וזולות יותר. לאבחון מטבולי יש פוטנציאל אך מתעמת עם מגבלות עקב יישום ביו-דגימות וחוסן אנליטי.
אבחון מבוסס אוכלוסייה מגדיל את שיעורי ההישרדות, ממזער תחלואה בטיפול וחוסך הוצאות בריאות, במיוחד עבור מחלות קשות וממאירות.
המחסור במתקני אבחון במדינות מתפתחות מוסיף למקרים שלא זוהו. ספקטרומטריית מסה היא הטכנולוגיה הנפוצה ביותר לאבחון מטבולי עם כתמים יבשים, אם כי היא דורשת הפרדה שלוקחת זמן.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים יצרו גישה טיפולית מותאמת מותאמת המבוססת על מטבוליזם להפחתת אבחנות החמצה של סרטן קיבה (GC), סרטן המעי הגס (CC) וסרטן הלבלב (PC) במדינות עניות.
החוקרים השתמשו במטריצות אורגניות כמו DHB ובנו מערכים מטבוליים מרובים באמצעות ננו-חלקיקי ברזל (NPs) כדי להגביר את ביצועי הזיהוי.
עבור רגישות, הם רכשו ספקטרום מסה חד משמעי תוך שימוש בשילוב מטבוליטים קונבנציונלי ואישרו את ההשפעה הבלעדית לגודל של NPs ברזל על מיצוי מטבולי ישיר מדגימות ביולוגיות מסובכות לצורך ספציפיות.
הצוות חקר האם ניתן לכמת במדויק מטבוליטים המופקים מכתמי דם יבשים (DSSs) באמצעות NPELDI MS. הם התאימו את כמויות הסרום ומדדו את ספקטרום המסה הרגיל של תמצית ה-DSS כדי לכמת את המטבוליטים הממוקדים. הם גם בדקו את גורם הליניאריות והטווח הדינמי של פלטפורמת NPELDI MS עם פנילאלנין.
כדי להדגים את החוסן של NPELDI MS, החוקרים ביצעו כימות ממוקד של מולקולות אינדיקטור נוספות והשוו את עקביות הספקטרום שהתקבלה מדגימות ה-DSS והנסיוב התואמות.
לאחר שהדגימו את כדאיות השימוש ב-DSS באבחון מטבולי, החוקרים בחנו את היישום שלו על דגימות דם שונות לצורך יצירת פרופילים לא ממוקדים וכימות ממוקדות בהתבסס על תנאי אחסון ואתרי ניקוב.
חוקרים השתמשו ב-NPELDI MS כדי להבדיל בין מקרי סרטן לתורמים בריאים על ידי איסוף פרופילים מטבוליים לא ממוקדים מ-180 DSSs. הם פיתחו מודלים כיומטריים ומסווגים כדי להעריך את ביצועי האבחון.
הם גם יצרו מודל אומדן להקרנה מבוססת אוכלוסייה בקנה מידה גדול בקהילה היפותטית של 100,000 איש, עם קולונוסקופיה אופטית כבסיס. החוקרים השיגו 245 דגימות סרום מקבוצות סרטן מגוונות.
הם הקצה ציוני דמיון קוסינוס לכל קבוצה ופיתחו מודל תיאורטי המבוסס על 100,000 אוכלוסיות לחישוב שיעורי האבחון שהוחמצו.
תוצאות
טכניקת NPELDI MS מספקת זיהוי מהיר של מחלות ממאירות רבות תוך דקות בעלות מינימלית תוך שהיא ידידותית לסביבה, ידידותית למשתמש ומדויקת באופן שווה בסרום.
זה יכול להוריד את השיעור החזוי של מקרי CC שלא זוהו מ-84% ל-29%, GC מ-78% ל-57% ו-PC מ-35% ל-9.3%, להפחתה כוללת של 20% ל-55%. קריאות NPELDI MS גילו מתאמים ליניאריים עם רמות אנליטים, עם מגבלת זיהוי נמוכה כמו 0.1 מיקרומטר.
החדרת ננו-חלקיקי ברזל איפשרה ספיחה יעילה של מטבוליטים עם שטח פנים רחב של 79 מ"ר/ג', קידום ספיגה פוטו-תרמית באמצעות ספיגה אולטרה סגולה חזקה של 200 עד 500 ננומטר וקיבולת תרמית גבוהה של 653 J/kg/K.
התפלגות הפחמן (בגלוקוז) בתוך ההיברידיות המטבוליות של ננו-חלקיקים-ננו-חלקיקים הדגימה מטבוליטים שנלכדו בעדיפות על משטחים חלקיקים, שלא כמו ביומקרומולקולות. בניגוד לכך, מטריצות אורגניות לא הראו העדפה למינון או לספוג מולקולות מטבוליטים מלבד חלבונים.
אפילו בגישה של הכנת דגימות של שיטות עבודה מומלצות, נתוני NPELDI MS עלו על נתוני MS ממטריצות אורגניות נגישות. החוקרים גילו ששימוש בננו-חלקיקי זהב או כסף לזיהוי חמישה מטבוליטים מנבאים הביא לעוצמות אות טרשת נפוצות נמוכות יותר מאשר ננו-חלקיקי ברזל (פי ≤ פי 11).
ל-Ferric NPs יש מוליכות תרמית מופחתת של 3.50 W/m/K בהשוואה למתכתיים (317 W/m/K לזהב ו-429 W/m/K לכסף), מה שמאפשר פירוק מטבוליטים פוטו-תרמי.
המחקר הוכיח שזיהוי סרטן באמצעות פרופילים מטבוליים DSS ניתן לחזור על עצמו, כאשר 84% מכלל השיאים מציגים קורות חיים של פחות מ-15% לזיהוי תוך-שבב.
החוקרים גילו הבדלים מטבוליים משמעותיים בין HDs וקבוצות סרטן שונות, כאשר שני מטבוליטים עם ויסות מוגברת ושני מטבוליטים עם ויסות מטה נראו ב-DSS ומודלים שמקורם בסרום.
עם זאת, יעילות האבחון של המודלים החדשים בהבחנה בין סרטן ל-HD לא הייתה מספקת. עקומות כיול נוצרו על ידי הערכת יחסי האינטנסיביות של אנליטים ותקנים פנימיים משובצים. כימות איזוטופי הביא להחלמה ממוצעת של 96% עבור גלוקוז ו-104% עבור לקטט, מה שמוכיח כי חוקרים יכולים לכמת את המטבוליטים הממוקדים באופן עקבי.
בהתבסס על ממצאי המחקר, טכניקת NPELDI MS, המשתמשת בזרימת עבודה עקבית וב-DSS מבוסס נייר, יכולה לשפר אבחון מטבולי ארוך טווח בממאירות המעי הגס, הקיבה והלבלב.
אסטרטגיה זו מפחיתה למינימום את מספר המקרים שלא זוהו ובמקביל תורמת לקיימות של שירותי הבריאות. הפלטפורמה מספקת גילוי סרטן מהיר, חסכוני ואמין תוך דקות, מה שהופך אותה למתאימה ליישומי מרפאה בקנה מידה גדול.
מודלים שמקורם ב-DSS מתגברים על סמנים ביולוגיים מאומתים קלינית בזיהוי חולי סרטן עם דיוק שווה ערך לסרום באמצעות אבחון מטבולי. מחקר נוסף יכול לאשש אסטרטגיה זו עבור מחלות שונות וליצור פלטפורמות טרשת נפוצה במחיר נמוך יותר לבדיקות נקודת טיפול.
