흡입 가능한 센서로 조기 폐암 발견 가능

MIT에서 개발된 신기술을 사용하면 폐암 진단이 나노입자 센서를 흡입한 후 종양 존재 여부를 밝히는 소변 검사를 받는 것만큼 쉬워질 ​​수 있습니다.

새로운 진단은 흡입기나 분무기를 통해 전달될 수 있는 나노센서를 기반으로 합니다. 센서가 폐에서 암 관련 단백질을 발견하면 소변에 축적되는 신호를 생성하며, 간단한 종이 테스트 스트립으로 감지할 수 있습니다.

이 접근법은 잠재적으로 폐암 진단을 위한 현재의 최적 표준인 저선량 컴퓨터 단층촬영(CT)을 대체하거나 보완할 수 있습니다. 연구원들은 CT 스캐너를 널리 보급하지 못한 저소득 및 중간 소득 국가에 특히 중요한 영향을 미칠 수 있다고 말합니다.

“전 세계적으로 암은 저소득 및 중간 소득 국가에서 점점 더 널리 퍼질 것입니다. 전 세계적으로 폐암의 역학은 오염과 흡연에 의해 발생한다는 것입니다. 따라서 우리는 이러한 종류의 폐암에 접근할 수 있는 환경이라는 것을 알고 있습니다. 기술의 발전이 큰 영향을 미칠 수 있습니다.”라고 MIT의 건강 과학 및 기술 분야 교수이자 전기 공학 및 컴퓨터 과학 분야의 John and Dorothy Wilson 교수이자 MIT Koch 통합 암 연구 연구소 및 의학 연구소 회원인 Sangeeta Bhatia는 말합니다. 공학 및 과학.

Bhatia는 오늘 게재된 논문의 수석 저자입니다. 과학 발전. MIT 연구원인 Qian Zhong과 전 MIT 박사후 연구원인 Edward Tan이 이번 연구의 주요 저자입니다.

흡입 가능한 입자

가능한 한 조기에 폐암을 진단하는 데 도움이 되도록 미국 예방 서비스 태스크 포스(US Preventive Services Task Force)에서는 50세 이상의 무거운 흡연자에게 매년 CT 스캔을 받을 것을 권장합니다. 그러나 이 대상 그룹의 모든 사람이 이러한 스캔을 받는 것은 아니며 스캔의 높은 위양성 비율로 인해 불필요하고 침습적인 테스트가 발생할 수 있습니다.

Bhatia는 지난 10년 동안 암 및 기타 질병 진단에 사용할 나노센서를 개발해 왔으며, 이번 연구에서 그녀와 동료들은 이를 폐암 CT 검사에 대한 보다 접근 가능한 대안으로 사용할 수 있는 가능성을 탐구했습니다.

이러한 센서는 DNA 바코드와 같은 리포터로 코팅된 폴리머 나노입자로 구성됩니다. 이 리포터는 센서가 종양에서 종종 과도하게 활성화되는 프로테아제라는 효소를 만날 때 입자에서 절단됩니다. 그 리포터들은 결국 소변에 축적되어 몸 밖으로 배설됩니다.

간이나 난소 등 다른 암 부위를 표적으로 삼았던 이전 버전의 센서는 정맥 주사로 투여되도록 설계되었습니다. 폐암 진단을 위해 연구원들은 흡입 가능한 버전을 만들고 싶었고, 이를 통해 리소스가 적은 환경에서도 배포가 더 쉬워졌습니다.

“이 기술을 개발할 당시 우리의 목표는 높은 특이도와 민감도로 암을 발견할 수 있는 방법을 제공하고, 접근성의 문턱을 낮춰 폐암 조기 발견에 있어 자원 격차와 불평등을 개선할 수 있기를 바라는 것이었습니다. “라고 종씨는 말한다.

이를 달성하기 위해 연구진은 두 가지 입자 제제, 즉 분무기를 사용하여 에어로졸화하여 전달할 수 있는 용액과 흡입기를 사용하여 전달할 수 있는 건조 분말을 만들었습니다.

입자가 폐에 도달하면 조직으로 흡수되어 존재할 수 있는 모든 프로테아제를 만나게 됩니다. 인간 세포는 수백 가지의 다양한 프로테아제를 발현할 수 있으며 그 중 일부는 종양에서 과도하게 활동하여 세포외 기질의 단백질을 절단하여 암세포가 원래 위치에서 탈출하도록 돕습니다. 이 암성 프로테아제는 센서에서 DNA 바코드를 절단하여 바코드가 소변으로 배설될 때까지 혈류를 순환하도록 합니다.

이 기술의 이전 버전에서 연구원들은 질량 분석기를 사용하여 소변 샘플을 분석하고 DNA 바코드를 감지했습니다. 그러나 질량 분석법에는 자원이 부족한 지역에서는 사용할 수 없는 장비가 필요하므로 이 버전에서 연구원들은 종이 테스트 스트립을 사용하여 바코드를 감지할 수 있는 측면 흐름 분석을 만들었습니다.

연구자들은 각각 다른 프로테아제의 존재를 나타내는 최대 4개의 서로 다른 DNA 바코드를 감지하도록 스트립을 설계했습니다. 소변 검체는 전처리나 가공이 필요하지 않으며, 검체 채취 후 약 20분 후에 결과를 판독할 수 있습니다.

“우리는 이 분석을 자원이 적은 환경에서 현장 진료가 가능하도록 추진하고 있었기 때문에 샘플 처리나 증폭을 수행하지 않고 단지 샘플을 종이에 바로 놓을 수 있도록 하는 것이 아이디어였습니다. 20분 안에 읽어 보세요.”라고 Bhatia는 말합니다.

정확한 진단

연구진은 인간에게서 나타나는 것과 유사한 폐 종양이 발생하도록 유전적으로 조작된 쥐를 대상으로 진단 시스템을 테스트했습니다. 센서는 종양이 형성되기 시작한 지 7.5주 후에 투여되었으며, 이 시점은 인간의 1기 또는 2기 암과 관련이 있을 가능성이 높습니다.

쥐를 대상으로 한 첫 번째 실험에서 연구자들은 다양한 프로테아제를 감지하도록 설계된 20가지 센서의 수준을 측정했습니다. 연구원들은 기계 학습 알고리즘을 사용하여 이러한 결과를 분석하여 정확한 진단 결과를 제공할 것으로 예상되는 단 4개의 센서 조합을 식별했습니다. 그런 다음 그들은 마우스 모델에서 해당 조합을 테스트하여 초기 단계의 폐 종양을 정확하게 감지할 수 있음을 발견했습니다.

인간에게 사용하려면 정확한 진단을 내리기 위해 더 많은 센서가 필요할 수 있지만, 이는 각각 4개의 서로 다른 DNA 바코드를 감지하는 여러 개의 종이 스트립을 사용하여 달성할 수 있다고 연구진은 말합니다.

연구원들은 이제 인간의 생체검사 샘플을 분석하여 그들이 사용하고 있는 센서 패널이 인간의 암을 탐지하는데도 작동하는지 확인할 계획입니다. 장기적으로 그들은 인간 환자를 대상으로 임상 시험을 수행하기를 희망합니다. Sunbird Bio라는 회사는 간암과 비알코올성 지방간염(NASH)으로 알려진 간염의 한 형태를 진단하는 데 사용하기 위해 Bhatia 연구실에서 개발한 유사한 센서에 대해 이미 1상 시험을 실시했습니다.

CT 스캔에 대한 접근이 제한된 일부 지역에서 이 기술은 특히 단 한 번의 방문으로 결과를 얻을 수 있기 때문에 폐암 검진에 극적인 개선을 제공할 수 있습니다.

“방문해서 후속 검사가 필요한지 여부에 대한 답변을 받고 초기 병변이 있는 환자를 시스템에 투입하여 치료 수술이나 생명을 구하는 약을 받을 수 있다는 생각입니다.” 바티아는 말합니다.

이 연구는 Johnson & Johnson Lung Cancer Initiative, Howard Hughes Medical Institute, 국립 암 연구소의 Koch Institute 지원(핵심) 보조금 및 국립 환경 보건 과학 연구소의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240105145133.htm