באמצעות טכנולוגיה חדשה שפותחה ב-MIT, אבחון סרטן הריאות יכול להיות קל כמו שאיפת חיישני ננו-חלקיקים ואז ביצוע בדיקת שתן שחושפת אם קיים גידול.
האבחון החדש מבוסס על ננו-חיישנים שניתן להעביר באמצעות משאף או נבולייזר. אם החיישנים פוגשים חלבונים הקשורים לסרטן בריאות, הם מייצרים אות המצטבר בשתן, שם ניתן לזהות אותו בעזרת רצועת בדיקה פשוטה מנייר.
גישה זו עשויה להחליף או להשלים את תקן הזהב הנוכחי לאבחון סרטן ריאות, טומוגרפיה ממוחשבת במינון נמוך (CT). לדברי החוקרים, יכולה להיות לכך השפעה משמעותית במיוחד במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית שאין להן זמינות נרחבת של סורקי CT.
ברחבי העולם, הסרטן הולך להיות נפוץ יותר ויותר במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית. האפידמיולוגיה של סרטן הריאות בעולם היא שהוא מונע על ידי זיהום ועישון, אז אנחנו יודעים שאלו הגדרות שבהן לנגישות לטכנולוגיה מסוג זה יכולה להיות השפעה גדולה".
Sangeeta Bhatia, פרופסור ג'ון ודורותי ווילסון למדעי הבריאות והטכנולוגיה ולהנדסת חשמל ומדעי המחשב ב-MIT, וחברה במכון קוך של MIT לחקר סרטן אינטגרטיבי ובמכון להנדסה ומדע רפואי.
בהטיה היא המחברת הבכירה של העיתון, המופיע היום ב התקדמות המדע. צ'יאן ז'ונג, מדען מחקר ב-MIT, ואדוארד טאן, פוסט דוקטורט לשעבר ב-MIT, הם הכותבים הראשיים של המחקר.
חלקיקים ניתנים לשאיפה
כדי לסייע באבחון סרטן ריאות מוקדם ככל האפשר, צוות המשימה של שירותי מניעה בארה"ב ממליץ למעשנים כבדים מעל גיל 50 לעבור סריקות CT שנתיות. עם זאת, לא כל אחד מקבוצת היעד הזו מקבל את הסריקות הללו, והשיעור הגבוה של חיובי כוזב של הסריקות עלול להוביל לבדיקות פולשניות מיותרות.
Bhatia בילתה את העשור האחרון בפיתוח ננו-חיישנים לשימוש באבחון סרטן ומחלות אחרות, ובמחקר זה, היא ועמיתיה בחנו את האפשרות להשתמש בהם כחלופה נגישה יותר לבדיקת CT לסרטן ריאות.
חיישנים אלו מורכבים מננו-חלקיקים פולימריים המצופים בכתב, כגון ברקוד DNA, אשר מבוקע מהחלקיק כאשר החיישן נתקל באנזימים הנקראים פרוטאזות, אשר לעיתים קרובות פעילים יתר על המידה בגידולים. אותם כתבים מצטברים בסופו של דבר בשתן ומופרשים מהגוף.
גרסאות קודמות של החיישנים, אשר כוונו לאתרי סרטן אחרים כמו הכבד והשחלות, תוכננו להינתן תוך ורידי. לאבחון סרטן ריאות, החוקרים רצו ליצור גרסה שניתן לשאוף, שיכולה להקל על הפריסה בהגדרות משאבים נמוכות יותר.
"כשפיתחנו את הטכנולוגיה הזו, המטרה שלנו הייתה לספק שיטה שיכולה לזהות סרטן בספציפיות וברגישות גבוהה, וגם להוריד את סף הנגישות, כך שבתקווה נוכל לשפר את פער המשאבים ואת אי השוויון בגילוי מוקדם של סרטן ריאות, " אומר ג'ונג.
כדי להשיג זאת, החוקרים יצרו שני פורמולציות של החלקיקים שלהם: תמיסה שניתן לארוסול ולהעביר עם נבולייזר, ואבקה יבשה שניתן להעביר באמצעות משאף.
ברגע שהחלקיקים מגיעים לריאות, הם נספגים ברקמה, שם הם נתקלים בכל פרוטאזות שעלולות להיות נוכחות. תאים אנושיים יכולים לבטא מאות פרוטאזות שונות, וחלקם פעילים יתר על המידה בגידולים, שם הם עוזרים לתאים סרטניים להימלט מהמיקומים המקוריים שלהם על ידי חיתוך חלבונים של המטריצה החוץ-תאית. פרוטאזות סרטניות אלו מבקעות ברקודים של DNA מהחיישנים, ומאפשרים לברקודים להסתובב בזרם הדם עד שהם מופרשים בשתן.
בגרסאות המוקדמות יותר של טכנולוגיה זו, החוקרים השתמשו בספקטרומטריית המונים כדי לנתח את דגימת השתן ולזהות ברקודים של DNA. עם זאת, ספקטרומטריית מסה דורשת ציוד שאולי לא יהיה זמין באזורים דלי משאבים, ולכן עבור גרסה זו, החוקרים יצרו בדיקת זרימה רוחבית, המאפשרת לזהות את הברקודים באמצעות רצועת בדיקה מנייר.
החוקרים תכננו את הרצועה כדי לזהות עד ארבעה ברקודים DNA שונים, שכל אחד מהם מצביע על נוכחות של פרוטאז שונה. אין צורך בטיפול מקדים או בעיבוד של דגימת השתן, וניתן לקרוא את התוצאות כ-20 דקות לאחר קבלת הדגימה.
"באמת דחפנו את המבחן הזה להיות נקודת טיפול זמינה בסביבה עם משאבים נמוכים, אז הרעיון היה לא לעשות שום עיבוד דגימה, לא לעשות שום הגברה, רק כדי להיות מסוגל לשים את הדגימה על הנייר ותקרא את זה תוך 20 דקות," אומר בהטיה.
אבחון מדויק
החוקרים בדקו את מערכת האבחון שלהם בעכברים שהונדסו גנטית לפתח גידולי ריאות דומים לאלו שנראו בבני אדם. החיישנים ניתנו 7.5 שבועות לאחר שהגידולים החלו להיווצר, נקודת זמן שתתאם ככל הנראה עם סרטן בשלב 1 או 2 בבני אדם.
במערך הניסויים הראשון שלהם בעכברים, מדדו החוקרים את הרמות של 20 חיישנים שונים שנועדו לזהות פרוטאזות שונות. באמצעות אלגוריתם למידת מכונה כדי לנתח את התוצאות הללו, החוקרים זיהו שילוב של ארבעה חיישנים בלבד שנחזה לתת תוצאות אבחון מדויקות. לאחר מכן הם בדקו את השילוב הזה במודל העכבר ומצאו שהוא יכול לזהות במדויק גידולי ריאה בשלב מוקדם.
לשימוש בבני אדם, ייתכן שיהיה צורך בחיישנים נוספים כדי לבצע אבחנה מדויקת, אך ניתן להשיג זאת על ידי שימוש במספר רצועות נייר, שכל אחת מהן מזהה ארבעה ברקודים DNA שונים, אומרים החוקרים.
החוקרים מתכננים כעת לנתח דגימות ביופסיה אנושיות כדי לראות אם לוחות החיישנים שבהם הם משתמשים יפעלו גם לאיתור סרטן אנושי. בטווח הארוך יותר, הם מקווים לבצע ניסויים קליניים בחולים אנושיים. חברה בשם Sunbird Bio כבר ניהלה ניסויים שלב 1 בחיישן דומה שפותח על ידי המעבדה של Bhatia, לשימוש באבחון סרטן הכבד וצורה של הפטיטיס הידועה בשם סטאטוהפטיטיס לא אלכוהולית (NASH).
בחלקים בעולם שבהם קיימת גישה מוגבלת לסריקת CT, טכנולוגיה זו יכולה להציע שיפור דרמטי בבדיקת סרטן הריאות, במיוחד מכיוון שניתן לקבל את התוצאות במהלך ביקור בודד.
"הרעיון הוא שאתה נכנס ואז תקבל תשובה אם אתה צריך בדיקת מעקב או לא, ונוכל להכניס למערכת חולים שיש להם נגעים מוקדמים כדי שיוכלו לעבור ניתוח מרפא או תרופות מצילות חיים". אומרת בהטיה.
המחקר מומן על ידי יוזמת סרטן הריאות של ג'ונסון אנד ג'ונסון, המכון הרפואי הווארד יוז, מענק התמיכה של מכון קוך (הליבה) מהמכון הלאומי לסרטן והמכון הלאומי למדעי בריאות הסביבה.
