Nanorurki z MIT wykryją raka pęcherza 50 tysięcy razy czulej niż mocz

Rak pęcherza atakuje podstępnie – co roku w USA diagnozuje się go u około 85 tysięcy osób, a po skutecznym leczeniu niemal połowa pacjentów doświadcza nawrotu w ciągu pięciu lat. Dotychczas monitorowanie oznaczało coroczne, a często częstsze cystoskopie – badanie z kamerą wprowadzaną do pęcherza. Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology opracowali właśnie nanoczujnik, który może zmienić ten standard: wykrywa sygnały chemiczne guza z czułością 50 tysięcy razy większą niż tradycyjna analiza moczu.

Podstępny przeciwnik, który lubi wracać

→ Czytaj też: Most z drukarki 3D w 20 godzin. MIT tnie beton o 76% i zmienia budownictwo

Rak pęcherza jest szczególnie uciążliwy nie tylko ze względu na samo leczenie, ale też z powodu wysokiego ryzyka wznowy. Po usunięciu guza pacjenci przez lata muszą regularnie poddawać się cystoskopii – giętkiej kamerze wprowadzanej przez cewkę moczową. To badanie inwazyjne, kosztowne i nie zawsze wychwytuje najwcześniejsze oznaki nawrotu. Tradycyjne testy moczu, które szukają białka NMP-22 – markera raka pęcherza – są znacznie mniej czułe, bo biomarker jest rozcieńczony, szybko ulega degradacji i jest usuwany z organizmu.

„Jeżeli skanujemy obszar tkanki, chcemy wiedzieć nie tylko, że jest sygnał wskazujący na obecność guza, ale też gdzie się on dokładnie znajduje” – mówi prof. Michael Strano, którego laboratorium od dekady pracuje nad nanoczujnikami. Wczesny guz, zanim przebije się przez ścianę pęcherza i stanie się widoczny gołym okiem, emituje sygnały chemiczne, które można zarejestrować. Kluczem jest umieszczenie detektora bezpośrednio w pęcherzu.

Kamera, która widzi cząsteczki

→ Czytaj też: Badanie: popularny gen chroni przed rakiem. Gdy mutuje, niszczy leczenie

Sercem wynalazku są nanorurki węglowe pokryte syntetycznymi przeciwciałami – polimerami zaprojektowanymi tak, by wychwytywać konkretne białko NMP-22. Gdy docelowa cząsteczka zbliży się do nanorurki, zmienia się długość fali lub intensywność emitowanego przez nią fluorescencyjnego światła. Ta zmiana jest sygnałem alarmowym. Nanoczujniki umieszczono na zewnętrznej powierzchni zwykłego cewnika urologicznego, a na jego końcu zamontowano miniaturowy element optyczny – obracającą się o 360 stopni soczewkę, która emituje światło laserowe i rejestruje fluorescencję.

„To jak kamera, ale zamiast światła rejestruje cząsteczki” – tłumaczy Strano. Dzięki analizie koloru i położenia sygnałów badacze mogą stworzyć mapę lokalizacji biomarkera na ścianie pęcherza. To przestrzenna precyzja, której brakowało dotychczasowym metodom.

Czułość 50 tysięcy razy większa

W testach na tkankach wieprzowych cewnik wykrywał biomarker wydzielany nawet z odległości 2 centymetrów, osiągając 182-krotnie silniejszy sygnał niż analiza moczu pobranego poza organizmem. Cały system jest blisko 50 000 razy czulszy od klasycznego badania moczu, co teoretycznie pozwalałoby wykryć guz o powierzchni zaledwie 16 milimetrów kwadratowych. Wyniki opublikowano w Nature Nanotechnology.

Tak gigantyczna przewaga wynika z fizyki – w pęcherzu stężenie NMP-22 w pobliżu guza jest nieporównywalnie wyższe niż w próbce moczu. Zespół pracuje teraz nad bardziej kompaktową wersją prototypu, którą można byłoby wygodnie stosować w gabinecie lekarskim. Wcześniejsze wykrycie nawrotu nie tylko ułatwiłoby leczenie, ale też radykalnie obniżyło koszty monitorowania.

Nie tylko pęcherz

Co istotne, technologia nie jest ograniczona do raka pęcherza. „Piękno chemii polimerów polega na tym, że jeśli rozumiemy strukturę molekularną docelowego biomarkera, możemy opracować nowy sensor dopasowany do różnych chorób” – wyjaśnia Wonjun Yim, główny autor pracy. Wystarczy wymienić nanoczujniki przymocowane do cewnika, by szukać markerów innych nowotworów, a nawet chorób sercowo-naczyniowych czy gastroenterologicznych. To otwiera drogę do nieinwazyjnego, molekularnego obrazowania wnętrza ciała w czasie rzeczywistym.

Choć przed urządzeniem jeszcze droga do powszechnego użytku, już teraz widać, że nanorurki węglowe mogą dać klinicystom nowe oczy – zdolne dostrzec chorobę na długo przed tym, zanim stanie się widzialna w tradycyjny sposób.