Næste generations diagnostik

En af de højere drømme om personlig medicin er at opdage og eliminere tumorer, før de bliver livstruende – før de overhovedet er synlige på medicinske billeder. Nu kaldes en opstart i Cambridge, MA Quanterix udvikler en ekstremt følsom proteindetektionsteknologi, der kan tælle enkelte molekyler – og potentielt kan detektere de spormængder af karakteristiske proteiner, som små tumorer frigiver til blodet.

Prøv et tip: Brønde skåret ind i spidsen af ​​en optisk fiber gør det muligt for forskere at opdage enkelte proteiner i blodprøver. Hver brønd i dette billede er omkring 2,5 mikrometer i diameter og sidder i spidsen af ​​en individuel tråd af en optisk fiber.

Udgangspunktet er at få diagnostik til det mest følsomme niveau som muligt, siger David walt , en kemiker og Howard Hughes Medical Institute-professor ved Tufts University, som udviklede Quanterix-teknologien. Sporproteiner i blodet kan også afsløre tidlige tegn på hjertesygdomme, Alzheimers og andre lidelser og muliggøre non-invasiv fosterdiagnostik.

Hvis vi kunne forstå basislinjeniveauerne af proteiner i serumet, kunne det bruges til at spore en persons integrerede helbred i løbet af livet, siger Christopher Kærlighed , en kemiingeniørprofessor ved MIT, som ikke er involveret i Quanterix.

Med nuværende kliniske teknologier kan hospitalslaboratorier kun opdage de mest udbredte proteiner - kun en fjerdedel af alle dem, der vides at være til stede i blodet. Fordi proteiner er til stede i blodet i en række forskellige koncentrationer, der spænder over omkring 16 størrelsesordener, maskerer rigelige proteiner de sjældne. Det er som at prøve at lede efter et lidt anderledes stykke hø i høstakken, siger Skov hvid , en biologisk ingeniør ved MIT.

Multimedier

• Se proteiner lyse op inde i en optisk fiber.

Den nuværende detektionsgrænse er 10 pikogram protein pr. milliliter blod. Men Walt har udviklet en detektionsteknik, der giver ham mulighed for at tælle individuelle proteinmolekyler, der er til stede i blodet, ved hjælp af specialbehandlede optiske fibre. En enkelt optisk fiber er et bundt, der består af tusindvis af individuelle glastråde, som hver bærer en særskilt lysstrøm. Ved at dyppe optiske fibre i syre ætser Walt dem med titusindvis af mikrobrønde, en i spidsen af ​​hver tråd. Det gør effektivt hver fiber til et stort udvalg af reagensglas i nanoskala, som hver derefter er belagt med tusindvis af proteinindfangende antistoffer.

Fiberspidsen dyppes i en dråbe, der indeholder en blodprøve og et proteinmålrettet enzym. Hvis proteinet er til stede i blodet fanget inde i en individuel brønd, vil det blive fanget mellem antistoffet og enzymet ligesom kødet inde i en sandwich. Når Walt sender lys ned i den optiske fiber, gennemgår det indlejrede antistof og enzym en reaktion, der producerer rødt eller gult fluorescerende lys. Lyset rejser tilbage op ad den optiske fiber.

Ved at tælle, hvor mange mikrobrønde der lyser op, kan Walt bestemme koncentrationen af ​​et protein i en blodprøve. I et upubliceret proof-of-principle-eksperiment siger Walt, at hans optiske fibermetode var i stand til at påvise en human cancerbiomarkør i koblod i koncentrationer, der er 250 gange lavere end det, der var muligt ved hjælp af kliniske teknikker.

Så lidt er kendt om de 800 eller flere resterende blodproteiner, der falder under de nuværende detektionsgrænser, at forskere kun kan spekulere i deres kliniske relevans. Vi taler med klinikere for at finde ud af, hvad der giver mening at teste for, siger Walt. Når først virksomheden vælger målproteiner, trækker de på blodprøver arkiveret på hospitaler og forsøger at korrelere proteinniveauer med kliniske resultater. Hver gang en mere følsom teknologi er blevet tilgængelig, har den åbnet op for ny diagnostik og ført til fremskridt i behandlingen, siger Walt.

Tidlig opdagelse kan have en ulempe. Vi ønsker ikke at skræmme folk ved at fortælle dem: 'Du har en tidlig tumor,' siger Walt. Det kan være, at immunsystemet tager sig af små tumorer. Så eventuelle potentielle biomarkører skal omhyggeligt valideres. Men selvom den nye metode kun fører til en test for en enkelt cancerbiomarkør, håber Walt, at den vil forbedre overlevelsesraten for et stort antal mennesker.

Vi mener, at dette har potentialet til at transformere diagnostik, siger Walt.

skjule