I ricercatori hanno sviluppato il primo sensore in grado di identificare oggettivamente la malattia infiammatoria intestinale (IBD) e distinguere tra i suoi due sottotipi. Il dispositivo rappresenta un risultato sostanziale verso un approccio più personalizzato alla diagnosi e al trattamento delle IBD, un'infiammazione cronica del tratto gastrointestinale che colpisce più di 1 milione di americani.

Le attuali procedure diagnostiche e terapeutiche per l'IBD sono inesatte e si basano in gran parte su prove ed errori. Nella rivista di The Optical Society Ottica biomedica Express , i ricercatori riferiscono di uno studio pilota di un endoscopio sviluppato su misura che utilizza la spettroscopia Raman, tecnica di impronta chimica, per rilevare i marcatori molecolari di IBD nel colon.

Il sensore è progettato come una sonda minimamente invasiva che può essere facilmente integrata in un esame colonscopia di routine. Dopo ulteriore affinamento, i ricercatori affermano che i medici potrebbero utilizzare il dispositivo per diagnosticare l'IBD e valutare la risposta di un paziente al trattamento.

"Con i metodi attuali, in definitiva la diagnosi dipende da come il paziente risponde alla terapia nel tempo, e spesso non conosci la diagnosi finché non sono passati alcuni anni, " ha detto Anita Mahadevan-Jansen della Vanderbilt University, STATI UNITI D'AMERICA, autore senior del documento, che ha avviato il progetto dopo un'esperienza personale con IBD. "Ecco perché abbiamo deciso di utilizzare un metodo basato sulla luce per sondare la biochimica di ciò che sta accadendo nel colon. Il nostro obiettivo è utilizzare la spettroscopia Raman per esaminare i segnali infiammatori reali".

Alla ricerca di un gold standard per la diagnosi

L'IBD si presenta in due sottotipi:colite ulcerosa (CU), che è tipicamente limitato al colon, e il morbo di Crohn, che può verificarsi in qualsiasi parte del tratto gastrointestinale. Possono causare sintomi simili come diarrea grave, dolore, stanchezza e perdita di peso, tuttavia i due tipi rispondono in modo diverso ai trattamenti disponibili, che includono farmaci, interventi dietetici e chirurgia.

I medici attualmente usano una combinazione di clinica, metodi radiologici e patologici per diagnosticare il sottotipo IBD di un paziente e guidare le decisioni terapeutiche, ma questi metodi rilevano i sintomi, piuttosto che la fonte sottostante della malattia, e il processo ha mancato di un gold standard oggettivo. Di conseguenza, fino al 15% dei pazienti viene diagnosticata con colite indeterminata, il che significa che il sottotipo è sconosciuto, e un ulteriore 5-14% ha la propria IBD riclassificata in base a come rispondono al trattamento.

Precedenti ricerche condotte su campioni di tessuto di persone con IBD hanno mostrato che UC e malattia di Crohn hanno firme molecolari diverse. La nuova sonda rileva queste firme per raccogliere informazioni non solo sul sottotipo di malattia, ma anche l'attuale grado di infiammazione e persino i primi indicatori di IBD che si verificano prima di cambiamenti osservabili nel tessuto intestinale.

"La maggior parte delle persone passa attraverso la colonscopia di base come parte delle cure di routine, e potresti immaginare di usarlo per ottenere un segnale Raman di base per ogni persona, " ha detto Mahadevan-Jansen. "Se qualcuno si presenta con i sintomi dell'IBD in seguito, puoi utilizzare nuovamente il nostro sistema per determinare se è più probabile che si tratti di UC o di Crohn. Poi, una volta trattati, hai una misura obiettiva per monitorare la loro risposta perché puoi utilizzare il dispositivo per quantificare effettivamente lieve, infiammazione moderata o grave."

Creazione di un dispositivo pronto per la clinica

Per sviluppare la sonda, i ricercatori hanno prima utilizzato campioni di tessuto e modelli animali per identificare biomarcatori preliminari e firme spettrali coerenti con l'IBD. Hanno quindi costruito su misura un sistema di spettroscopia Raman portatile con un laser a diodi da 785 nm e una sonda a fibra ottica che eroga 80 mW alla superficie del colon.

"La personalizzazione è stata sia la confezione - per assicurarsi che possa adattarsi facilmente al canale endoscopico e piegarsi attraverso le spire del colon - sia per sondare la giusta profondità nei tessuti che stiamo esaminando per assicurarci di poter ottenere una misurazione robusta , " ha spiegato Mahadevan-Jansen.

La spettroscopia Raman è stata precedentemente applicata nel tratto gastrointestinale per la rilevazione del cancro, ma usarlo per misurare i marcatori di infiammazione pone alcune sfide uniche perché i segnali sono molto più sottili. Ciò richiedeva un'ingegneria speciale, Per esempio, per includere filtri che eliminano la firma Raman prodotta dai componenti della sonda stessa.

Nella loro prova pilota, i ricercatori hanno utilizzato il dispositivo in 15 pazienti con una diagnosi esistente di malattia di Crohn, otto pazienti con UC e otto volontari sani. Generalmente, i risultati suggeriscono un'elevata sensibilità (la capacità di rilevare l'IBD) ma una scarsa specificità (la capacità di differenziare tra i sottotipi), sebbene i risultati varino a seconda del grado di infiammazione e del luogo in cui è stata effettuata la misurazione. Quando si misura il colon destro in pazienti con infiammazione attiva, Per esempio, il dispositivo ha rilevato la malattia di Crohn con una sensibilità del 90 percento e una specificità del 75, rispetto all'86 percento e al 39 percento, rispettivamente, quando i risultati sono mediati in tutti gli stati patologici, livelli e posizioni di infiammazione all'interno del colon.

Guardando avanti

I ricercatori sono ora concentrati sul perfezionamento di una serie di algoritmi che aiutano i medici a interpretare i risultati dei test per un determinato paziente. Per migliorare la specificità del test, il team sta analizzando i dati di una coorte ampliata di pazienti per discernere come fattori come il genere, dieta, i dati demografici e il regime di trattamento influenzano la firma Raman. In definitiva, immaginano un sistema che combina le informazioni chiave sul paziente con gli spettri Raman per fornire, in una manciata di secondi, risultati personalizzati che possono informare una diagnosi o aiutare a monitorare la risposta di un paziente al trattamento.

"È un modo unico di pensare alla medicina personalizzata che tiene conto di tutti i tipi di informazioni, oltre al genoma, compresi i dati demografici e molti altri fattori che rendono una persona unica, " ha detto Mahadevan-Jansen. "Il nostro laboratorio ha davvero spinto per trovare modi per applicare la tecnologia ottica per supportare questo tipo di medicina personalizzata".

I ricercatori stanno anche portando avanti studi su modelli animali per comprendere ulteriormente le fonti di vari segnali molecolari, identificare i tipi di cambiamenti che possono essere previsti come risultato del trattamento e determinare se il dispositivo può essere utilizzato per rilevare IBD o fattori di rischio anche nelle fasi precedenti.