Биопсия, которая включает в себя удаление небольшого количества ткани из тела, является основным способом для врачей диагностировать большинство видов рака. Хотя предпочтительны менее инвазивные процедуры биопсии, они могут дать недостаточное количество образцов, что приведет к неполному и / или неубедительному диагнозу. Окончательный диагноз и дальнейший анализ, например определение стадии рака, могут быть сделаны только после операции; эта долгожданная информация затем используется для принятия последующих решений о лечении.
Технология STAMP решает многие проблемы этого клинического рабочего процесса, обеспечивая раннюю и информативную диагностику рака. STAMP использует программируемые штрих-коды ДНК для измерения миллиардов белковых маркеров в одном тесте – количества, а также распределения этих белковых маркеров в клетке – из небольшого клинического образца.
Используя рак молочной железы в качестве модели, STAMP достигает высокой диагностической точности, превышающей 94 процента, сравнимой с золотым стандартом патологии тканей, и раскрывает важную клиническую информацию, которую в настоящее время можно получить только с помощью послеоперационного анализа тканей – и все это непосредственно из биопсия тонкой иглой (FNA), наименее инвазивная форма биопсии.
Под руководством доцента Шао Хуйлиня из Института инноваций и технологий здравоохранения NUS (NUS iHealthtech) исследовательская группа из 10 человек потратила более двух лет на разработку STAMP.
«Наша технология STAMP использует уникальные свойства ДНК для создания трехмерных штрих-кодов. Эти штрих-коды можно использовать для измерения различных белковых маркеров, а также для определения конкретных местоположений маркеров в клетках.
Картируя эти паттерны распределения маркеров в клетках, STAMP может обеспечить раннюю индикацию агрессивности болезни. Современные методы патологии позволяют измерять лишь небольшую часть белковых маркеров и требуют нескольких дней тщательной обработки. Для сравнения, STAMP в миллион раз более чувствителен, обеспечивает высокоинформативный анализ дефицитных образцов и может быть выполнен всего за два часа », – сказал ассистент профессор Шао.
Технологический прорыв команды был опубликован научным журналом Nature Biomedical Engineering.
Отслеживает миллиарды белковых маркеров в одном тесте
Всесторонний анализ экспрессии и распределения белка открывает большие перспективы для открытия биомаркеров, раннего выявления заболеваний и рационализации вариантов лечения. Однако современные подходы включают методы визуализации и микроскопии, которые сложны, требуют много времени и имеют ограниченные возможности мультиплексирования.
STAMP была задумана и разработана для решения этих проблем.
План жизни, ДНК существует в природе в виде длинных “ лент ” для хранения огромной генетической информации за счет комбинации базовых кодов. Помимо этой хорошо известной линейной формы, ДНК можно точно сконструировать так, чтобы она складывалась в трехмерные наноструктуры с повышенной стабильностью.
STAMP использует эти два важных свойства ДНК – большую емкость для хранения информации, а также ее программируемость для сворачивания и разворачивания в различные структуры – для создания конвертируемых штрих-кодов. Эти штрих-коды STAMP можно использовать для измерения миллиардов белковых маркеров в одном тесте и определения конкретных местоположений этих белковых маркеров в клетках.
«Чтобы маркировать различные белковые маркеры в клетках, STAMP использует штрих-коды ДНК, которые сложены в виде компактных наноструктур. Эти трехмерные штрих-коды обеспечивают высокую эффективность маркировки и остаются устойчивыми к биологическому разложению.
Каждый трехмерный штрих-код дополнительно снабжен меткой локализации для кодирования местоположения и распределения белкового маркера в клетке », – пояснил г-н Ноа Сундах, докторант из NUS iHealthtech, а также из отдела биомедицинской инженерии NUS, и первый автор исследования.
«Для проведения анализа эти трехмерные штрих-коды разворачиваются по запросу путем нагревания, чтобы высвободить пул линейной ДНК, который можно легко проанализировать с помощью известных технологий, таких как ПЦР и секвенирование ДНК.
Таким образом, экспрессия очень большого количества белковых маркеров и их распределение в клетках могут быть точно измерены в одном тесте », – добавил г-н Сундах.
Чтобы облегчить клиническую обработку и измерения, исследовательская группа внедрила технологию STAMP на небольшом микрожидкостном чипе, который примерно вдвое меньше кредитной карты.
Результаты тестов могут быть получены из небольшого количества клинических образцов, и каждый тест оценивается в 36 долларов США.
Эффективный тест для диагностики рака, определения подтипов и измерения агрессивности
Чтобы подтвердить эффективность STAMP, исследовательская группа провела клиническое исследование с участием 69 пациентов с раком груди.
Биопсии FNA были собраны у каждого пациента и проанализированы с помощью STAMP. Для сравнения был проведен золотой стандарт патологического анализа на послеоперационных тканях для всех пациентов.
Анализ STAMP образцов FNA продемонстрировал высокий уровень точности более 94% для диагностики и подтипирования рака, что делает его столь же точным, как и анализ патологии хирургических тканей. Важно отметить, что на основе комплексного анализа белковых маркеров STAMP также смог точно определить агрессивность заболевания по скудным образцам биопсии.
Следующие шаги
Подана предварительная заявка на патент на STAMP.
Ассистент профессор Шао и ее команда в настоящее время обсуждают с отраслевыми партнерами возможность дальнейшего развития и коммерциализации этой технологии. Ожидается, что технология выйдет на рынок в течение следующих пяти лет.
В дальнейшем исследовательская группа надеется расширить применение STAMP для других типов рака, таких как рак мозга, легких и желудка, а также проверить технологию на других образцах, таких как кровь и асцит.