Naukowcy z Chongqing University w Chinach opracowali wysokiej czułości sensor oparty na zjawisku fluorescencji, który może szybko zidentyfikować lotne związki organiczne w wydychanym powietrzu u osób z rakiem płuc. Są to charakterystyczne związki będące tzw. biomarkerami.
Opublikowana praca[1] ukazuje spory potencjał urządzenia jako „alkomat” do wczesnego wykrywania raka płuc – w sposób możliwie bezpieczne i skuteczny. Zdaniem naukowców, wyniki badań laboratoryjnych są obiecujące, ale urządzenie musi się okazać również skuteczne w badaniach klinicznych zanim wejdzie do obiegu jako narzędzie diagnostyczne.
„Nasze wyniki wskazują, że urządzenie może rozróżnić różnego rodzaju lotne związki wraz z ich stężeniem, które są związane z nowotworami z blisko 100% dokładnością” twierdzi Jin-can Lei, główny badacz z College of Optoelectronic Engineering (Chongqing University).
Sensor opiera się na małym, okrągłym talerzu (50 mm średnicy), ze specjalnie zaprojektowaną obrotową komorą gazową i system zbierania oraz przetwarzania danych. Urządzenie stanowi układ wielu czujników, gdzie każdy z nich składa się z 35 reagujących miejsc równomiernie rozmieszczonych na krawędzi. Miejsca te są wypełnione siedmioma różnych rodzajami wrażliwych materiałów – zsyntezowane porfiryny i ich pochodne. Kiedy czujnik jest wystawiony na działanie określonych substancji lub lotnych organicznych gazów, efekty fluorescencji będą się zmieniać. Zbierając widmo emisji fluorescencyjnej czujników przed i po reakcji badacze są w stanie ostatecznie uzyskać widma charakterystyczne dla każdego analitu. System wytwarza unikalny wzór fluorescencyjny wobec konkretnej substancji, jest jak jej „odcisk palca”.
W doświadczeniach, Lei i jego współpracownicy wybrali cztery rodzaje raka płuc związanego z lotnymi związkami organicznymi, tj. p–ksylenem, styrenem, izoprenem i heksanalem. Urządzenie może wykryć raka płuc na podstawie związanych z nim gazów przy bardzo niskim stężeniu, nawet poniżej 50 ppb, wykazując przez to potencjał w diagnostyce raka płuc na wczesnym etapie. Jednostkę ppb (jedna część na miliard) można sobie wyobrazić jako jedną szczyptą soli na 10 ton frytek. „Tak więc, biorąc pod uwagę kompletną bazę danych fluorescencyjnych obrazów wszystkich nowotworów płuc związanych z wydzielaniem gazów, urządzenie może być używane do identyfikacji i ilościowego różnicowania gazów charakterystycznych dla danego nowotworu” powiedział Chang-jun Hou, lider zespołu i profesor College of Bioengineering, Chongqing University.
Według WHO (Światowa Organizacja Zdrowia), rak płuc jest jednym z najczęstszych nowotworów występujących zarówno u mężczyzn jak i u kobiet, co stanowi 1,8 mln nowych przypadków i 1,6 mln zgonów na świecie w 2012 roku w Stanach Zjednoczonych. Liczba osób, które umierają z powodu raka płuc każdego roku stale wzrasta, w ciągu ostatnich 15 lat w 2014 roku była to liczba 159 260 osób według CDC (Centrum Zwalczania i Zapobiegania Chorobom). Częścią problemu jest to, że rak płuc jest zwykle śmiertelną postacią raka. Badania przesiewowe mogą być ważnym narzędziem w zapobieganiu zgonom nowotworowym poprzez umożliwienie lekarzom postawienia odpowiedniej diagnozy już na samym początku, gdy jest jeszcze szansa na powrót do zdrowia. Obecnie lekarze mogą wykryć raka płuc w jego najwcześniejszych stadiach, używając metod takich jak tomografia komputerowa i badania przesiewowe CT, które zmniejszają liczbę zgonów wśród długoletnich nałogowych palaczy.
Według Lei, wiele badań wykazało, że niektóre rodzaje lotnych związków organicznych pochodzących z utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych w karcynogenezie (zmiany w komórce organizmu prowadzące do powstania nowotworu)[2], pojawiają się tylko w wydychanym powietrzu osób z rakiem płuc, zwiększając przez to prawdopodobieństwo, że związki te mogą być stosowane jako biomarkery nowotworowe.
Kolejnym etapem badań jest udoskonalenie metody i stworzenie kompletnej bazy danych fluorescencyjnych związków gazowych związanych z rakiem płuc.
1. Rev. Sci. Instrum 2015: http://dx.doi.org/10.1063/1.4907628
2. http://pl.wikipedia.org/wiki/Karcynogeneza
3. http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150217122556.htm
Opracował: Łukasz Kurach
Korekta: Ilona Sadok
