Determinazione della presenza di cancro, così come il tipo e la malignità, è un processo stressante per i pazienti che può richiedere fino a due settimane per ottenere una diagnosi. Con un nuovo pezzo di tecnologia, un biosensore che trasporta lo zucchero, i ricercatori della Michigan Technological University sperano di ridurre questo lasso di tempo a pochi minuti.

Un team collaborativo di chimici e ingegneri di Michigan Tech pone le basi per questa visione in due nuovi documenti. Nella rivista della Royal Society of Chemistry Comunicazioni chimiche , il team spiega la scienza di base dietro le sonde multicolori che consentono di mirare al trasportatore di fruttosio rilevante per il cancro, approfondire il rilevamento basato su immagini delle cellule tumorali. Nel diario Biosensori , il team si occupa delle applicazioni per il rilevamento del cancro al seno e la differenziazione dei tumori non maligni, cellule tumorali pre-maligne e maligne.

Due ricercatori del Michigan Tech hanno collaborato agli studi. Marina Tanasova, professore assistente di chimica, e Smitha Rao, professore assistente di ingegneria biomedica, ha trasformato una riunione di 10 minuti in ufficio in una collaborazione di due anni costruita su una minuscola sonda fluorescente che cerca il trasportatore di fruttosio chiamato GLUT5.

Le cellule hanno bisogno di carboidrati; i trasportatori facilitanti del glucosio (GLUT) portano i nutrienti dentro e fuori le cellule. Quando le oscillazioni metaboliche entrano in gioco, diciamo, dallo sviluppo del cancro:la composizione complessiva dei GLUT cambia in modo che più o meno GLUT siano attivi. I trasportatori di fruttosio come GLUT5 sono di particolare interesse a causa della connessione diretta tra l'assorbimento del fruttosio e lo sviluppo del cancro, che cambia anche man mano che il cancro progredisce e diventa maligno.

nella loro Comunicazioni chimiche carta, Rapporto del team di Tanasova e Rao sulla progettazione e la convalida delle sonde fluorescenti, chiamato ManCous, osservare l'attività di GLUT5 in una cellula; documentano anche la fluorescenza multicolore che distingue le cellule ricche di GLUT5 da quelle carenti di GLUT5. Il seguito Biosensori carta, fornisce un uso di prova di principio di queste sonde come strumenti per valutare e confrontare GLUT5 e l'attività metabolica di diversi tipi di cellule, comprese le cellule normali e diversi sottotipi di cancro.

"Ci siamo avvicinati a uno screening di base della composizione GLUT delle cellule, uno che rileva il cancro e distingue il tipo, " dice Tanasova; aggiungendo che mentre il concetto è elegante, sviluppare la tecnologia non è facile. "Dalla scienza di base all'applicazione, c'è molta trasformazione che deve accadere."

Comprendendo meglio la scienza alla base dei trasportatori di zucchero, il team è più attrezzato per costruire una tecnologia che catturi un'impronta digitale GLUT accurata e precisa delle cellule cancerose.

"Questa sonda è come un coltellino svizzero, "Rao dice, spiegando che il rilevamento del cancro non è l'unico uso della sonda. "Più apprendiamo sul cancro attraverso queste sonde, più opportunità abbiamo per applicarle, il che significa più possibilità di curare diversi tipi di cancro, speriamo di curarli, e almeno prevenirne la diffusione e massimizzare la somministrazione dei farmaci".

Ciò che rende la sonda così versatile è la sua capacità non solo di individuare ed evidenziare le cellule cancerose, ma anche per rivelare le sfumature metaboliche dei diversi stadi di sviluppo del cancro. Mentre il cancro generalmente divora il fruttosio, il GLUT5 e l'attività metabolica dei non maligni, le cellule del cancro al seno pre-maligne e maligne variano, che è quello che Rao, Tanasova e il loro team hanno esplorato nel Biosensori carta. Hanno scoperto che le sonde ManCou consentono l'analisi e la quantificazione parallele di GLUT5 e dell'attività metabolica delle cellule subito dopo un periodo di incubazione di 10 minuti. Le notevoli differenze nell'intensità della fluorescenza osservate tra cellule normali e cellule cancerose, così come diversi tipi di cancro, forniscono importanti punti di differenziazione tra diversi tipi di cellule e rendono queste sonde strumenti promettenti per il rilevamento e la diagnostica del cancro.

La ricerca è ancora agli inizi, ma Tanasova e Rao hanno una visione chiara per i prossimi passi del progetto. Il lavoro è altamente collaborativo e costruito insieme agli sforzi dei loro coautori, compresi i dottorandi Srinivas Kannan e Vagarshak Begoyan, ricercatore ?ukasz J. Weseli?ski, insieme agli studenti laureati Joseph Fedie, Shuai Xia e lo studente universitario Alexis Ferrier.

La collaborazione è in corso. Il team di chimici—Tanasova, Begoyan e Weseli?ski hanno in programma di approfondire il mondo dei trasportatori di fruttosio per espandere ciò che hanno determinato su GLUT5 e fornire accesso a sonde mirate ad altri GLUT. C'è molto materiale da coprire per visualizzare e quantificare ogni trasportatore GLUT nella membrana cellulare. Il team di ingegneri biomedici, Rao e Kannan, si concentra sulla valutazione di numerose applicazioni di queste sonde, compresa l'analisi standard della biopsia e l'introduzione della tecnologia nella pratica clinica attraverso lo sviluppo di un dispositivo di rilevamento del cancro point-of-care.

Come dice Rao, la squadra sta modellando i propri mattoncini Lego in modo che possano costruire lungo la strada. Il perfezionamento dell'individuazione e del trattamento delle malattie rimane la forza trainante di questa collaborazione interdisciplinare. L'idea generale continua a concentrarsi sul prendere i trasportatori di zucchero e usarli come gateway per comprendere meglio la natura del cancro.