Одной кровью: ученые научились диагностировать рак легких без рентгена
Ученые научились диагностировать рак легких с помощью анализа крови. В качестве маркеров заболевания использованы шесть белков. Определить их наличие в организме можно с помощью электрохимического чипа, разработанного сибирскими учеными. Новая методика уже проверена на группе добровольцев. Исследователи надеются, что в дальнейшем смогут не просто распознавать болезнь, но и оценивать ее стадию.
Фатальные прятки
По статистике ВОЗ, в 2018 году каждый пятый онкобольной в России умер от рака легких. Рано диагностировать его крайне трудно — симптомы можно перепутать с другими заболеваниями, например хроническим бронхитом или затяжной простудой. К тому же в легких мало нервных окончаний, и явные болевые ощущения начинают появляться только на последних стадиях болезни.
Флюорография, которую применяют при массовых профилактических обследованиях, не позволяет обнаружить опухоль в ранней фазе, поэтому ученые активно ищут альтернативные методы диагностики болезни. Одним из них является оценка содержания в крови продуктов распада опухоли — определенных белков-биомаркеров, или, как их еще называют, онкомаркеров. Однако до настоящего времени не было найдено ни одного маркера онкологического заболевания, позволяющего поставить абсолютно точный диагноз. Причина — варьирование концентрации этих биомаркеров у больного раком, которая может оказаться такой же, как и у здорового человека.
Поэтому коллектив исследователей из Красноярского научного центра СО РАН, Красноярского государственного медицинского университета и Томского государственного университета предложил определять наличие не одного, а шести белков-онкомаркеров с помощью специально созданного чипа. По словам ученых, работа с группой белков, а не с отдельными онкомаркерами значительно снижает вероятность ошибки при постановке диагноза.
Биологические мишени
— Чтобы определить наличие того или иного белка в крови пациента, мы решили использовать аптамеры — короткие одноцепочечные фрагменты ДНК, — рассказал научный сотрудник лаборатории биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского государственного медицинского университета Юрий Глазырин. — Благодаря своей уникальной структуре аптамеры могут связываться с любыми биологическими мишенями, в данном случае с шестью белками-биомаркерами. Сами аптамеры были искусственно синтезированы на основе образцов, ранее полученных в нашей лаборатории.
Эти аптамеры было решено использовать в устройстве для анализа содержания в крови нужных белков. Прибор представляет собой электрохимический чип размером с фалангу пальца взрослого человека. На нем располагаются шесть электродов, на каждом из которых закреплен один из шести аптамеров. С электродов ученые снимали вольт-амперную характеристику, составляя график зависимости величины возникающего тока от подаваемого электрического потенциала.
— Чтобы зарегистрировать отклик системы на присутствие белков-онкомаркеров, мы смотрели разницу между величинами пика на графиках вольт-амперной характеристики до и после контакта электрода с плазмой крови, — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории новых материалов и перспективных технологий Сибирского физико-технического института Томского государственного университета Анастасия Шабалина. — Если закрепленный на электроде аптамер связывается с белком, сигнал тока от этого электрода меняется. Мы наносили на чип кровь здоровых людей, снимали вольт-амперную характеристику для каждого аптамера, затем делали то же самое с кровью больных раком легких. Полученные для обеих категорий сигналы усредняли, а затем сравнивали друг с другом.
Оказалось, что вольт-амперная характеристика для всех шести аптамеров отличалась у больных и здоровых людей. У первых пик на графике был заметно выше. Поэтому ученые сделали вывод, что данный чип можно использовать для диагностики.
Анализ опухоли
Для эффективного лечения рака важно не только диагностировать болезнь на ранней стадии, но и определить злокачественность опухоли. Обычно для этого используют биопсию. Но в случае с раком легких операция по забору фрагмента ткани довольно сложна и болезненна. Иногда приходится выпиливать часть ребра. Поэтому авторы работы предлагают использовать созданный чип также и для оценки злокачественности опухоли. Показателем того или иного параметра болезни может служить концентрация белков-онкомаркеров.
Диагностика с помощью чипов на данный момент — очень популярное направление, считает директор клиники онкологии, реконструктивно-пластической хирургии и радиологии университета им. И.М. Сеченова Игорь Решетов. Эксперт отмечает удобство проведения такого анализа для пациента. Однако, по его мнению, устройство может быть полезно только для поиска людей, входящих в группу риска заболевания раком легких. При подозрении на болезнь пациента необходимо направить на дополнительное обследование.
В дальнейшие планы коллектива сибирских ученых входит создание точной системы определения степени заболевания на основе концентрации шести белков-онкомаркеров. Как считают авторы работы, внедрение системы анализа крови с помощью созданного электрохимического чипа позволит одновременно и определять наличие болезни, и делать заключения о том, как опухоль прогрессирует.
