(PhysOrg.com) -- È probabile che la ricerca di biomarcatori che possano avvertire di malattie come il cancro mentre sono ancora nella loro fase iniziale diventi molto più semplice grazie a un innovativo chip biosensore sviluppato dai ricercatori della Stanford University. Il sensore è fino a 1, 000 volte più sensibile di qualsiasi tecnologia attualmente in uso clinico, è accurato indipendentemente dal fluido corporeo che viene analizzato, e può rilevare le proteine ​​dei biomarcatori in un intervallo di concentrazioni tre volte più ampio di qualsiasi metodo esistente, dicono i ricercatori.

Il chip del nanosensore cerca anche fino a 64 proteine ​​diverse contemporaneamente e si è dimostrato efficace nella diagnosi precoce dei tumori nei topi, suggerendo che potrebbe aprire la porta a un rilevamento significativamente più precoce anche dei tumori più elusivi negli esseri umani. Il sensore può anche essere utilizzato per rilevare marcatori di malattie diverse dal cancro. I ricercatori hanno pubblicato la loro descrizione del loro nanosensore magnetico sulla rivista Medicina della natura .

"Nella fase iniziale [di un cancro], il livello del biomarcatore proteico nel sangue è molto, molto basso, quindi hai bisogno di una tecnologia ultrasensibile per rilevarlo, " ha detto Shan Wang, dottorato di ricerca, della Stanford University e membro del Center for Cancer Nanotechnology Excellence Focused on Therapy Response (Stanford CCNE). "Se riesci a rilevarlo in anticipo, puoi avere un intervento precoce e hai molte più possibilità di curare quella persona".

Wang ha affermato che la tecnologia dei nanosensori potrebbe anche consentire ai medici di determinare rapidamente se un paziente sta rispondendo a un particolare ciclo di chemioterapia. "Possiamo sapere il secondo o il terzo giorno di trattamento se funziona o meno, invece di un mese o due dopo, " Egli ha detto.

Il sensore che Wang e i suoi colleghi hanno creato, che utilizza la nanotecnologia di rilevamento magnetico che avevano sviluppato in precedenza, può rilevare un determinato biomarcatore proteico associato al cancro a una concentrazione di appena una parte su cento miliardi (o 30 molecole in un millimetro cubo di sangue). Sebbene le basi della tecnologia di rilevamento magnetico utilizzata nel nuovo biosensore siano state descritte l'anno scorso in un articolo nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , il nuovo sensore non solo è più sensibile del precedente di diversi ordini di grandezza, supera anche il suo predecessore, così come i metodi di rilevamento ora in uso clinico, in molti altri modi.

Il guadagno di prestazioni più impressionante dettagliato nel documento Nature Medicine è che i ricercatori hanno ora dimostrato che il nanosensore magnetico può rilevare con successo i tumori cancerosi nei topi quando i livelli di proteine ​​​​associate al cancro sono ancora ben al di sotto delle concentrazioni rilevabili utilizzando l'attuale metodologia standard, conosciuto con l'acronimo ELISA. "Questa è una scoperta fondamentale per noi perché dice che in un'applicazione biologica realistica - quella della crescita del tumore nei topi - possiamo effettivamente vedere i tumori prima che qualsiasi altra cosa potesse rilevarli, " disse Sanjiv Gambhir, M.D., dottorato di ricerca, investigatore principale del CCNE di Stanford.

"Direi che il [primo documento era] la prova del concetto della tecnologia, e il documento Nature Medicine è la prova del concetto della tecnologia che funziona in un'applicazione del mondo reale, " ha detto. "Una cosa è avere la tecnologia che mostra che può funzionare in linea di principio; è un'altra cosa utilizzarlo effettivamente con campioni di sangue di topo reale da un vero topo che sta sviluppando un vero tumore".

Nel documento Nature Medicine, i ricercatori mostrano che il nuovo sensore nano magnetico ha un'ampia gamma di sensibilità, da livelli di parte per miliardo a concentrazioni di sei ordini di grandezza, o un milione di volte, maggiore. I migliori metodi di analisi esistenti, o saggi, nell'uso clinico è in grado di rilevare proteine ​​in un intervallo di concentrazioni di al massimo due ordini di grandezza.

La maggior parte delle piattaforme di rilevamento attualmente in uso si limita anche all'esecuzione di una singola analisi alla volta. Per creare un saggio multiplex, Wang e i suoi colleghi hanno collegato i nanosensori magnetici a un microchip in una serie di 64 sensori, ognuno dei quali può essere impostato per rilevare una proteina diversa. Di conseguenza, i ricercatori possono cercare dozzine di proteine ​​diverse contemporaneamente durante una singola analisi. Il nuovo metodo è anche più veloce dei saggi ELISA standard, con risultati generalmente disponibili in una o due ore.

I ricercatori hanno anche dimostrato che il sensore è ugualmente efficace in ogni probabile fluido biologico, o matrice, che un medico vorrebbe analizzare per le proteine ​​associate al cancro. Questi fluidi includono l'urina, saliva, plasma sanguigno (sangue con le cellule del sangue rimosse), siero (plasma sanguigno con i fattori che promuovono la coagulazione rimossi) e lisati cellulari (il nome applicato allo stufato cellulare prodotto dalla dissoluzione delle cellule).

La chiave della versatilità del sensore nanomagnetico e dell'ampia gamma di concentrazioni che può rilevare risiede nell'uso del magnetismo e nell'ampia gamma di rilevatori magnetici ultrasensibili sviluppati per l'industria informatica. Il meccanismo di base di rilevamento impiegato nei nanosensori magnetici è quello di catturare proteine ​​e marcatori di malattie utilizzando anticorpi che tendono naturalmente a legarsi a queste molecole, noti come antigeni. Gli anticorpi, soprannominato "cattura anticorpi, " sono applicati a un sensore, in modo che quando la matrice di interesse viene posizionata sul chip del sensore, gli antigeni appropriati si legano.

Mentre gli antigeni sono trattenuti, viene applicata un'altra dose di anticorpi. Questi anticorpi sono attratti da una diversa regione molecolare degli antigeni contenuti sui sensori, e quando il secondo gruppo di anticorpi si lega agli antigeni, li sigillano efficacemente in un sandwich di anticorpi. I ricercatori applicano quindi un lavaggio contenente tag di nanoparticelle magnetiche che sono stati adattati per adattarsi a anticorpi specifici. I nanotag magnetici si attaccano all'anticorpo esterno sul sandwich, dove alterano il campo magnetico ambientale in un modo piccolo ma distinto e rilevabile che viene rilevato dal rilevatore.

Un'altra virtù della tecnologia, Wang ha detto, è che utilizza la tecnologia esistente già in uso nei settori dell'archiviazione dati e dei semiconduttori. A causa di ciò, "Può essere realizzato in modo relativamente economico. È [molto simile] allo stesso sensore che stai utilizzando in un'unità disco rigido per leggere un disco rigido indietro, " Egli ha detto.

Uno dei prossimi passi della ricerca, Wang ha detto, consiste nel testare i nanosensori magnetici su campioni di sangue umano prelevati da uno studio a lungo termine in cui i ricercatori hanno prelevato il sangue da soggetti prima che a qualcuno di loro venisse diagnosticato il cancro. A tal fine, il team di Stanford collaborerà con il Fred Hutchison Cancer Research Center di Seattle e la Canary Foundation, un'organizzazione senza scopo di lucro che si concentra sulla diagnosi precoce del cancro.

Questo lavoro, che è dettagliato in un documento intitolato, "I test proteici insensibili alla matrice spingono i limiti dei biosensori in medicina, " è stato sostenuto dalla NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, un'iniziativa globale progettata per accelerare l'applicazione delle nanotecnologie alla prevenzione, diagnosi, e cura del cancro. Investigatori di MagArray Inc., partecipato anche a questo studio. Un abstract di questo articolo è disponibile sul sito Web della rivista.

Fornito dal National Cancer Institute (notizie:web)