من خلال اختبار بول... يمكن قريبًا تشخيص السرطان ذاتيًا!

ابتكر الباحثون مستشعرًا جديدًا للجسيمات النانوية، والذي يعمل تمامًا مثل اختبار الحمل، لاكتشاف المرض القاتل بسرعة وبتكلفة زهيدة، بحسب موقع "ذا صن".

ويمكن استخدام المستشعرات للتمييز بين أنواع السرطان المختلفة وتقييم ما إذا كانت الأورام تتكرر بعد العلاج.

وصُممت الجسيمات النانوية للبحث عن الأورام وإصدار تسلسلات الحمض النووي، والتي يمكن اكتشافها في البول.

ويمكن أن يكشف تحليل "الرموز الشريطية" للحمض النووي عن تفاصيل ورم المريض.

وأظهرت الاختبارات الأولية على الفئران إمكانية استخدام أجهزة استشعار لاكتشاف نشاط خمسة إنزيمات مختلفة معبر عنها في الأورام، وهناك المزيد من التجارب السريرية على البشر قيد التجربة.

وبهدف جعل الاختبار فعالاً من حيث التكلفة وامكانية الوصول إليه بسهولة، صمم المهندسون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في الولايات المتحدة ليتم إجراؤه على شريط من الورق، على غرار اختبار كوفيد للحمل أو التدفق الجانبي.

وقال الدكتور سانغيتا بهاتيا، وهو مهندس بيولوجي وأستاذ في معهد MIT للهندسة الطبية والعلوم والهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر (EECS): "نحاول الابتكار في سياق إتاحة التكنولوجيا لبيئات الموارد المنخفضة والمتوسطة. ويعدّ وضع هذا التشخيص على الورق جزءًا من هدفنا المتمثل في إضفاء الطابع الديمقراطي على التشخيص وإنشاء تقنيات غير مكلفة".

ولسنوات عدة، طور مختبر الدكتور بهاتيا "مؤشرات حيوية اصطناعية" يمكن استخدامها لتشخيص السرطان.

ويعتمد هذا المشروع الأخير على العمل السابق في الكشف عن المؤشرات الحيوية للمرض، مثل البروتينات المنتشرة حول الخلايا السرطانية في عينات دم المرضى.

ولكن هذه المؤشرات الحيوية التي تحدث بشكل طبيعي نادرة جدًا، خاصة خلال المراحل المبكرة من السرطان، بحيث يكاد يكون من المستحيل العثور عليها.

ومع ذلك، يمكن استخدام المؤشرات الحيوية الاصطناعية لتضخيم هذه التغييرات الصغيرة النطاق التي تحدث داخل الأورام الصغيرة.

وفي عملها السابق، ابتكر الدكتور بهاتيا جسيمات نانوية يمكنها اكتشاف نشاط إنزيمات تسمى "البروتياز"، والتي تساعد الخلايا السرطانية على الهروب من مواقعها الأصلية أو الاستقرار في أماكن جديدة.

وهذه الجسيمات النانوية مغلفة بالببتيدات التي تنقسم بواسطة بروتياز مختلفة، وبمجرد إطلاقها في مجرى الدم، يمكن بعد ذلك تركيز هذه الببتيدات واكتشافها بسهولة أكبر في عينة البول.

وتم تصميم المؤشرات الحيوية الببتيدية الأصلية ليتم اكتشافها بناءً على الاختلافات الصغيرة في كتلها، باستخدام مطياف الكتلة، ولكن من المحتمل ألا يكون هذا النوع من المعدات متاحًا في الأماكن منخفضة الموارد.

لذلك طور الباحثون بدلاً من ذلك أجهزة استشعار يمكن تحليلها بسهولة أكبر وبتكلفة معقولة باستخدام قراءة الباركود DNA باستخدام تقنية مصممة خصيصًا تسمى CRISPR.

وبالإضافة إلى ذلك، اضطر فريق البحث إلى استخدام تعديل كيميائي لحماية الرموز الشريطية لمراسل الحمض النووي المنتشر من الانهيار أثناء السفر في الدم.

إجابات سريعة

يتم إرفاق كل رمز شريطي للحمض النووي بجسيم نانوي بواسطة رابط يمكن قطعه بواسطة بروتياز معين.

وإذا كان هذا البروتياز موجودًا، يتم إطلاق جزيء الحمض النووي ويتم تداوله مجانًا، وينتهي به الأمر في النهاية في البول.

وبمجرد إفراز المستشعرات في البول، يمكن تحليل العينة باستخدام شريط ورقي يتعرف على المراسل الذي يتم تنشيطه بواسطة إنزيم كريسبر.

وعند وجود رمز شريطي خاص للحمض النووي في العينة، يقوم Cas12a بتضخيم الإشارة بحيث يُنظر إليها على أنها شريط مظلم في اختبار الورق.

ويمكن تصميم الجسيمات لتحمل العديد من الرموز الشريطية المختلفة للحمض النووي، كل منها يكتشف نوعًا مختلفًا من نشاط البروتياز، والذي يسمح بالاستشعار "متعدد الإرسال".

ويوفر استخدام عدد أكبر من المستشعرات تعزيزًا في كل من الحساسية والنوعية، مما يسمح للاختبار بالتمييز بسهولة أكبر بين أنواع الأورام.

وفي الاختبارات الأخيرة التي أجريت على الفئران، أظهر الباحثون أن لوحة مكونة من خمسة رموز شريطية للحمض النووي يمكن أن تميز بدقة الأورام التي نشأت لأول مرة في الرئتين من تلك التي تكونت من خلايا سرطان القولون التي انتشرت إلى الرئتين.

وقال Liangliang Hao  عالم أبحاث سابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهو الآن أستاذ مساعد في الهندسة الطبية الحيوية في جامعة بوسطن والمؤلف الرئيسي للدراسة: "هدفنا هنا هو تكوين بصمات المرض ومعرفة ما إذا كان بإمكاننا استخدام هذه الألواح ذات الرموز الشريطية. ليس فقط لقراءة المرض ولكن أيضًا لتصنيفه أو التمييز بين أنواع السرطان المختلفة ".

وبالنسبة للاستخدام البشري في المستقبل، يتوقع الباحثون أنهم قد يحتاجون إلى استخدام أكثر من خمسة رموز شريطية كما فعلوا في الفئران، بسبب تنوع أورام المرضى.

ولتحقيق هذه الغاية، تعاون الباحثون مع علماء في معهد برود لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد لإنشاء شريحة ميكروفلويديك يمكن استخدامها لقراءة ما يصل إلى 46 رمزًا شريطيًا مختلفًا من عينة واحدة فقط.

ويمكن استخدام هذا النوع من الاختبارات ليس فقط لاكتشاف السرطان، ولكن أيضًا لقياس مدى استجابة ورم المريض للعلاج وما إذا كان قد تكرر بعد العلاج.

ويعمل الباحثون الآن على تطوير الجسيمات بهدف اختبارها على البشر.