تطوير اختبار سريع لتشخيص سرطان الدماغ

نجح باحثون بجامعة نوتردام في تطوير جهاز آلي جديد قادر على تشخيص ورم الدماغ سريع النمو وغير قابل للشفاء في أقل من ساعة. ويعيش مريض ورم الدماغ في المتوسط من 12 إلى 18 شهراً بعد التشخيص.
إن جوهر التشخيص هو رقاقة حيوية تستخدم تكنولوجيا الحركية الكهربائية للكشف عن المؤشرات الحيوية، أو مستقبلات عامل نمو البشرة النشطة (EGFRs)، والتي يتم التعبير عنها بشكل مفرط في بعض أنواع السرطان مثل الورم الأرومي الدبقي، وتوجد في الحويصلات خارج الخلية.
“الحويصلات خارج الخلية أو الإكسوسومات هي جسيمات نانوية فريدة من نوعها تفرزها الخلايا. وهي كبيرة الحجم ، أكبر من الجزيء بعشرة إلى خمسين مرة، ولها شحنة ضعيفة.
وقد تم تصميم تقنيتنا خصيصاً لهذه الجسيمات النانوية، باستخدام ميزاتها لصالحنا”، كما قال هسوه تشيا تشانج، أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية في جامعة نوتردام والمؤلف الرئيسي للدراسة حول التشخيص المنشورة في مجلة Communications Biology.
كان التحدي الذي واجهه الباحثون مزدوجاً: تطوير عملية يمكنها التمييز بين مستقبلات عامل نمو البشرة النشطة وغير النشطة، وإنشاء تقنية تشخيصية حساسة وانتقائية في الكشف عن مستقبلات عامل نمو البشرة النشطة على الحويصلات خارج الخلية من عينات الدم.
وللقيام بذلك، ابتكر الباحثون رقاقة حيوية تستخدم مستشعراً كهربائياً غير مكلف بحجم كرة في قلم حبر جاف. ونظراً لحجم الحويصلات خارج الخلية، يمكن للأجسام المضادة الموجودة على المستشعر تكوين روابط متعددة مع نفس الحويصلة خارج الخلية.
ثم تقوم جسيمات السيليكا النانوية الاصطناعية “بالإبلاغ” عن وجود مستقبلات عامل نمو البشرة النشطة على الحويصلات خارج الخلية الملتقطة، مع جلب شحنة سالبة عالية. عندما تكون الحويصلات خارج الخلية ذات مستقبلات عامل نمو البشرة النشطة موجودة، يمكن رؤية تحول الجهد، مما يشير إلى وجود ورم أرومي دبقي لدى المريض.
تعمل استراتيجية استشعار الشحنة هذه على تقليل التداخل الشائع في تقنيات الاستشعار الحالية التي تستخدم التفاعلات الكهروكيميائية أو الفلورسنت.
قال ساتياجيوتي سيناباتي، أستاذ مشارك في الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية بجامعة نوتردام والمؤلف المشارك للدراسة: “يسمح لنا مستشعرنا الكهروحركي بالقيام بأشياء لا تستطيع التشخيصات الأخرى القيام بها”. “يمكننا تحميل الدم مباشرة دون أي معالجة مسبقة لعزل الحويصلات خارج الخلية لأن مستشعرنا لا يتأثر بجسيمات أو جزيئات أخرى.
إنه يظهر ضوضاء منخفضة ويجعل مستشعرنا أكثر حساسية للكشف عن الأمراض من التقنيات الأخرى”.
في المجمل، يتضمن الجهاز ثلاثة أجزاء: واجهة أتمتة، ونموذج أولي لجهاز محمول يدير المواد اللازمة لإجراء الاختبار، والشريحة الحيوية. يتطلب كل اختبار شريحة حيوية جديدة، لكن واجهة الأتمتة والنموذج الأولي قابلان لإعادة الاستخدام.
وإن إجراء اختبار واحد لا يستغرق أكثر من ساعة، ويتطلب 100 ميكرولتر فقط من الدم. وتكلف كل رقاقة حيوية أقل من 2 دولار من حيث المواد اللازمة لتصنيعها.
ورغم أن هذا الجهاز التشخيصي تم تطويره لعلاج أورام الدماغ، إلا أن الباحثين يقولون إنه يمكن تعديله لعلاج أنواع أخرى من الجسيمات النانوية البيولوجية. وهذا يفتح المجال أمام هذه التقنية للكشف عن عدد من المؤشرات الحيوية المختلفة لأمراض أخرى.
وقال تشانج إن الفريق يستكشف هذه التقنية لتشخيص سرطان البنكرياس واضطرابات أخرى محتملة مثل أمراض القلب والأوعية الدموية والخرف والصرع.
وقال تشانج: “إن تقنيتنا ليست خاصة بأورام الدماغ، ولكن كان من المناسب بشكل خاص البدء بها بسبب خطورتها ونقص اختبارات الفحص المبكر المتاحة. ونأمل أن يؤدي الاكتشاف المبكر إلى زيادة فرص البقاء على قيد الحياة”.