I ricercatori della SUTD hanno sviluppato un sistema avanzato di rilevamento delle cellule del cancro al seno con velocità e sensibilità migliorate, utilizzando un meccanismo virale per migliorare la precisione di rilevamento dello strumento.
Nella lotta globale contro il cancro al seno, il potere degli strumenti diagnostici può fare la differenza tra la vita e la morte. I tassi di sopravvivenza alla malattia migliorano notevolmente quando il cancro viene rilevato precocemente, mentre il rilevamento post-trattamento è fondamentale per verificare l'efficacia del trattamento.
I biomarcatori sono importanti nell’arsenale della ricerca sul cancro poiché facilitano la diagnosi precoce e possono aiutare a indicare le cellule maligne dopo il trattamento per determinare se è rimasta qualche traccia di cancro. Raggiungere una sensibilità acuta è quindi cruciale. Tuttavia, la quantità relativa di cellule cancerose nei casi in fase iniziale o dopo il trattamento è spesso minuscola, rendendone difficile il rilevamento.
Il professore associato Desmond Loke dell'Università di Tecnologia e Design di Singapore (SUTD) ha proposto una nuova soluzione a questo problema in un recente articolo, "Shape complementarity process for ultrashort-burst sensibile M13–PEG–WS2-powered MCF-7 cancer cell sensor, " pubblicato su Nanoscale .
"La maggior parte dei pazienti non presenta sintomi nelle fasi iniziali e le tecniche diagnostiche esistenti, che possono essere imprecise, costose e dispendiose in termini di tempo, comportano test di imaging", ha spiegato Loke, il ricercatore principale del progetto. "L'obiettivo della ricerca era creare una piattaforma in grado di identificare e trattare il cancro al seno nei pazienti prima che mostrino sintomi gravi."
Per sviluppare un sistema di rilevamento cellulare con la massima sensibilità possibile, Loke ha guidato un gruppo di ricerca, composto da colleghi della SUTD e collaboratori dell'University College di Londra e di A*STAR, che ha utilizzato strumenti sulla scala più piccola immaginabile e ha lavorato con i nanomateriali. L'attuale tecnologia per il rilevamento delle cellule tumorali è un sensore biomolecolare digitale (DBS).
Il meccanismo funziona come segue:un elemento di riconoscimento chimico identifica queste molecole e converte la loro interazione in un segnale digitale che può essere facilmente misurato e analizzato. Questa tecnologia è simile a uno strumento investigativo altamente specializzato a livello molecolare, con la capacità di identificare bersagli biologici specifici, come le proteine delle cellule tumorali, e tradurre tali informazioni in segnali elettrici che i ricercatori possono utilizzare per la ricerca diagnostica o il monitoraggio.
Questo sistema, tuttavia, non è particolarmente utile per le popolazioni con un basso numero di cellule. Il team di ricerca ha ipotizzato un sistema di nuova concezione che garantirebbe una maggiore sensibilità grazie al miglioramento di un nanomateriale altamente conduttivo con un filamento di fago virale che interagisce con specifiche cellule tumorali.
Il miglioramento del sistema richiedeva un nuovo nanomateriale 2D con conduttività elettrica sufficiente per interagire fortemente con i tipi di cellule tumorali. I ricercatori hanno optato per il disolfuro di tungsteno per la sua elevata conduttività e per l'utilizzo nei fototransistor e nella terapia fototermica. Hanno dotato fogli di disolfuro di tungsteno con un polimero combinato con fagi che fungeva da elemento di riconoscimento per i tipi di cellule del cancro al seno testati. L'integrazione dell'agente virale, o del polimero combinato con i fagi, nel nanomateriale ha creato un nuovo sistema chiamato DBS basato sui fagi (P-DBS).
"Per la tecnologia P-DBS, quando un virus viene aggiunto al campione di cellule di cancro al seno, le proteine del virus possono mostrare un'elevata specificità per l'assemblaggio sulle cellule di cancro al seno. Tuttavia, è possibile che la proteina del virus mostri una specificità che è sufficientemente elevato da potersi assemblare sulle cellule del cancro al seno per un numero molto piccolo di cellule, con conseguente precisione di rilevamento estremamente elevata," ha affermato Loke.
Le cellule del cancro al seno sono state studiate per questo progetto perché le proteine virali si assemblano facilmente sulla loro superficie, consentendo un collegamento più fluido tra la piattaforma del biosensore P-DBS e le cellule campione. Secondo Loke, questo effetto di complementarità della forma consente "un campionamento ultra accurato, essenziale per la diagnosi precoce del cancro e il monitoraggio della progressione della malattia".
Quattro criteri devono essere soddisfatti per considerare un biosensore altamente efficace in un contesto clinico. Il biosensore deve (1) essere altamente sensibile alla presenza di proteine delle cellule tumorali, (2) produrre un marcato contrasto nei segnali di uscita, (3) garantire un'elevata vitalità cellulare e (4) produrre risultati entro il breve tempo di lettura comune nelle applicazioni cliniche .
P-DBS ha controllato tutte le caselle, con ragionevole sensibilità. La nuova tecnica è stata in grado di identificare la presenza di cellule tumorali in campioni che erano circa il 74% più piccoli rispetto alle dimensioni tipiche dei gruppi cellulari di altri sensori di cellule tumorali basati sull’elettricità. Il P-DBS ha inoltre sovraperformato del 58% gli altri sensori oncologici elettrici in termini di contrasto del segnale.
Questi risultati impressionanti possono essere attribuiti alla specificità della proteina virale, che i ricercatori hanno dimostrato si assembla anche sul numero più piccolo di cellule di cancro al seno e quindi indica la presenza del cancro anche nelle sue fasi iniziali.
"La creazione della piattaforma di sensori materiali 2D guidati da virus potrebbe rappresentare un progresso significativo nella battaglia contro il cancro al seno. Se i risultati saranno confermati in futuri studi clinici, questo sensore potrebbe diventare un prezioso strumento accurato per identificare il cancro al seno nelle sue fasi iniziali ," ha aggiunto Loke.
Attraverso ulteriori ricerche, spera di confermare che il sistema P-DBS è ampiamente applicabile a diversi tipi di cellule del cancro al seno. L'innovativa piattaforma di biosensori potrebbe essere significativa per la diagnosi e il monitoraggio precoce del cancro, dimostrando una strada promettente nel campo dei sensori biomolecolari su scala nanometrica.
Ulteriori informazioni: Maria P. Meivita et al, Processi di complementarità della forma per sensori di cellule tumorali MCF-7 sensibili a burst ultracorti alimentati da M13–PEG–WS2, Nanoscala (2023). DOI:10.1039/D3NR03573E
Informazioni sul giornale: Nanoscala
Fornito dall'Università di Tecnologia e Design di Singapore
