Diagnostyka nowej generacji

Jednym z najwznioślejszych marzeń medycyny spersonalizowanej jest wykrywanie i eliminowanie guzów, zanim staną się one zagrożeniem dla życia – zanim staną się widoczne na obrazach medycznych. Teraz Cambridge, MA, startup o nazwie Quanterix opracowuje niezwykle czułą technologię wykrywania białek, która może liczyć pojedyncze cząsteczki i potencjalnie może wykryć śladowe ilości charakterystycznych białek, które małe guzy uwalniają do krwi.

Laboratorium na wskazówce: Studzienki wyrzeźbione w czubku światłowodu umożliwiają naukowcom wykrywanie pojedynczych białek w próbkach krwi. Każda studzienka na tym obrazie ma średnicę około 2,5 mikrometra i znajduje się na końcu pojedynczej nitki światłowodu.

Założeniem jest uzyskanie diagnostyki na możliwie najczulszym poziomie, mówi Dawid Walt , chemik i profesor Howard Hughes Medical Institute na Tufts University, który opracował technologię Quanterix. Białka śladowe we krwi mogą również ujawnić wczesne objawy chorób serca, choroby Alzheimera i innych dolegliwości oraz umożliwić nieinwazyjną diagnostykę płodu.

Gdybyśmy mogli zrozumieć podstawowe poziomy białek w surowicy, moglibyśmy to wykorzystać do śledzenia zintegrowanego zdrowia osoby w ciągu życia, mówi Krzysztofa Miłości , profesor inżynierii chemicznej na MIT, który nie jest związany z Quanterix.

Dzięki obecnym technologiom klinicznym laboratoria szpitalne są w stanie wykryć tylko białka występujące w największej ilości – zaledwie jedną czwartą wszystkich tych, o których wiadomo, że są obecne we krwi. Ponieważ białka są obecne we krwi w różnych stężeniach, obejmujących około 16 rzędów wielkości, liczne białka maskują te rzadkie. To jak szukanie nieco innego kawałka siana w stogu siana, mówi Las biały , inżynier biologii na MIT.

Multimedialne

• Obserwuj, jak białka zapalają się w światłowodzie.

Obecny limit wykrywalności to 10 pikogramów białka na mililitr krwi. Ale Walt opracował technikę wykrywania, która pozwala mu zliczyć pojedyncze cząsteczki białka obecne we krwi za pomocą specjalnie przygotowanych światłowodów. Pojedyncze włókno światłowodowe to wiązka składająca się z tysięcy pojedynczych nitek szklanych, z których każda przenosi odrębny strumień światła. Zanurzając światłowody w kwasie, Walt wytrawia je dziesiątkami tysięcy mikrostudzienek, po jednym na końcu każdej nici. To skutecznie przekształca każde włókno w duży zestaw probówek w nanoskali, z których każda jest następnie pokryta tysiącami przeciwciał wychwytujących białka.

Końcówkę włókna zanurza się w kropelce zawierającej próbkę krwi i enzym celujący w białko. Jeśli białko jest obecne we krwi uwięzionej w pojedynczej studzience, zostanie wychwycone między przeciwciałem a enzymem, tak jak mięso w kanapce. Kiedy Walt wysyła światło przez światłowód, przeciwciało i enzym przechodzą reakcję, która wytwarza czerwone lub żółte światło fluorescencyjne. Światło wędruje z powrotem w światłowodzie.

Licząc, ile mikrostudzienek się zapala, Walt może określić stężenie białka w próbce krwi. W nieopublikowanym eksperymencie sprawdzającym zasady Walt mówi, że jego metoda światłowodowa była w stanie wykryć biomarker ludzkiego raka we krwi krowy w stężeniach 250 razy niższych niż możliwe przy użyciu technik klinicznych.

Tak niewiele wiadomo na temat 800 lub więcej pozostałych białek krwi, które mieszczą się w obecnych granicach wykrywalności, że naukowcy mogą jedynie spekulować na temat ich znaczenia klinicznego. Rozmawiamy z klinicystami, aby dowiedzieć się, na co warto przeprowadzić test, mówi Walt. Gdy firma wybierze docelowe białka, pobierze próbki krwi zarchiwizowane w szpitalach i spróbuje skorelować poziom białka z wynikami klinicznymi. Za każdym razem, gdy dostępna staje się bardziej czuła technologia, otwiera się ona na nową diagnostykę i prowadzi do postępów w leczeniu, mówi Walt.

Wczesne wykrywanie może mieć wadę. Nie chcemy straszyć ludzi, mówiąc im: „Masz wczesny guz”, mówi Walt. Być może układ odpornościowy zajmuje się małymi guzami. Dlatego wszelkie potencjalne biomarkery będą musiały zostać dokładnie zweryfikowane. Ale nawet jeśli nowa metoda prowadzi tylko do testu na pojedynczy biomarker raka, Walt ma nadzieję, że poprawi wskaźniki przeżywalności dużej liczby osób.

Wierzymy, że może to zmienić diagnostykę, mówi Walt.

ukryć