Neue Menstruationsbluttest erkennt die Endometriose mit fünfmal höherer Empfindlichkeit

Fast 200 Millionen Menschen, darunter Kinder auf der ganzen Welt, haben eine Endometriose, eine chronische Krankheit, bei der die Auskleidung der Gebärmutter außerhalb der Gebärmutter wächst. Schwerere Symptome wie extreme Schmerzen und potenziell unfruchtbare Symptome können häufig durch frühzeitige Identifizierung und Behandlung gemindert werden, aber trotz des einfachen Zugangs des direkt beteiligten Gewebes besteht kein einziger Diagnosetest für die Krankheit. Während Penn State Professor Dipanjan Pan sagte, dass das Blut- und Gewebeschuppen des Gebärmutters jeden Monat oft übersehen wird – und sogar von einigen – als medizinischen Abfall stigmatisiert wird, könnte das Menstruationsabwehr früher und eine bessere zugängliche Erkennung biologischer Marker zur Diagnose dieser Krankheit ermöglichen.

Pan und seine Gruppe entwickelten ein Proof-of-Concept-Gerät, mit dem HMGB1, ein Protein, das an der Entwicklung und Progression der Endometriose beteiligt ist, in Menstruationsblut mit 500% mehr Empfindlichkeit als vorhandene Laboransätze erfasst. Das Gerät, das ähnlich wie ein Schwangerschaftstest in der Art und Weise des Proteins aussieht und funktioniert, hängt von einer neuartigen Technik zur Synthese von Nanoblättern aus dem atomisch dünnen 2D -Material -Borophen ab. Wissenschaft.

„Trotz des signifikanten Potenzials des Menstruationsabwassers als diagnostisches Instrument für die Gesundheit von Frauen ist aufgrund des sozialen Stigmas und des eingeschränkten Zugangs zu erschwinglichen diagnostischen Methoden häufig erhebliche Herausforderungen“, sagte Pan, Professor für Nukleartechnik sowie Materialwissenschaft und -technik. Er ist auch mit den Abteilungen des Biomedizintechnik und der Strahlungsonkologie verbunden.

Bestehende diagnostische Ansätze umfassen intravenöse Blutuntersuchungen und Laboranalysen in Verbindung mit Bildgebungsstudien und einer umfassenden Sammlung der Patientenanamnese für Kliniker, um eine endgültige Diagnose zu stellen. Solche Herausforderungen tragen zu Verzögerungen bei der Diagnose von Endometriose bei, wobei eine Studie von 218 Frauen eine Verzögerung von bis zu 12 Jahren in den USA enthüllte, erklärte er.

Durch die Nutzung des neuartigen 2D -Materialborophens bietet unser Ansatz eine einzigartige Gelegenheit, das Menstruationsstigma zu reduzieren und gleichzeitig die Gesundheit von Frauen voranzutreiben. „

Dipanjan Pan, Professor, Penn State

Borophen ist ein Derivat des chemischen Elements Bor, ähnlich dem häufiger untersuchten Graphen, einem leichten 2D -Material aus Kohlenstoff, sagte Pan. Borophen bietet jedoch einen Vorteil gegenüber Graphen.

„Die Arbeiten meiner Gruppe zeigen, dass Borophen sehr biokompatibel und ein biologisch abbaubares Material ist, was es für biomedizinische Anwendungen sehr geeignet ist“, sagte Pan, aber er bemerkte, dass die Herstellung der reinen Form des Materials Herausforderungen darstellen kann. Traditionelle Methoden beinhalten mehrere Schritte, die die Qualität und Ertrag des gewünschten resultierenden Produkts abbauen können, und harte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol, die das Produkt für biomedizinische Anwendungen ungeeignet machen können.

In dieser Studie tauschten die Forscher das Alkohollösungsmittel gegen Wasser aus. Sie verteilten Bor im Pulver im Wasser, brachen laut Pan die Chemikalie zusammen und reformierten sie in „makellose“ Nanoblätter. Das Team fixierte dann Antikörper, die das Protein HMGB1 an die Nanoblätter erkennen würden.

„Denken Sie daran, einen Garten zu pflanzen“, sagte Pan. „Der Boden – die Nanoblätter – müssen gerade und frei von Unkraut sein, bevor Sie den Boden düngen können – die Antikörper hinzufügen. Dann haben Sie die beste Umgebung, um das gewünschte Gemüse zu unterstützen – die HMGB1 -Proteine.

Pan und sein Team verwendeten mehrere Bildgebung und chemische Analysetechniken, um zu bestätigen, dass die Antikörper korrekt gefangen und an HMGB1 gebunden sind, das an Endometriose beteiligte Protein.

Die Forscher haben die validierten Nanoblätter in ein Testgerät ordneten, ähnlich einem Schwangerschaftstest, der entweder eine Zeile aufweist, wenn sie negativ sind, wenn sie positiv sind. Wenn die Blutprobe über den Teststreifen fließt, binden Sie an die Antikörper, die den Teststreifen verdunkeln, wenn HMGB1 -Proteine vorhanden sind.

Um die Empfindlichkeit des Geräts zu testen, stiegen die Forscher Menstruationsblut mit verschiedenen Konzentrationen von HMGB1 und stellten fest, dass der Test das Protein bei niedrigen Konzentrationen mit fünfmal höherer Empfindlichkeit im Vergleich zu vorhandenen Labortests nachdachte, die eine umfassende Vorbereitung und Analyse erfordern.

„Klinische Nachweise zeigen, dass die HMGB1 -Spiegel im Menstruationsblut bei Personen mit Endometriose im Vergleich zu gesunden Kontrollen signifikant erhöht sind“, sagte Pan. „Im frühen Stadium oder asymptomatische Fälle können jedoch nur bescheidene Erhöhungen auftreten-deshalb ist eine hohe Empfindlichkeit gegenüber niedrigen HMGB1-Konzentrationen von wesentlicher Bedeutung. Frühe Erkennung ist für eine zeitnahe Intervention von entscheidender Bedeutung. Im Gegensatz zu anderen laborbasierten Tests wird unser Ansatz die Sensibilität mit der praktischen SPREIDITIONS-SPREIDITIONS-SPREIDITIONS-SPREISITIVITÄT aus.“

Laut Pan könnte der Test sogar in Menstruationspolster integriert werden, um eine diskrete und bequeme Überwachung der HMGB1 -Werte zu Hause zu ermöglichen.

„Die Fähigkeit, kritisch wichtige Biomarker über eine dezentrale Plattform zu erkennen, wie unser Ansatz, ermöglicht Patienten mit einer weit verbreiteten Verwendung in ländlicheren Gebieten oder Umgebungen ohne expansive medizinische Ressourcen“, sagte Pan. „Diese Studie zeigt die breiteren Forschungsmöglichkeiten, die für Biotechnologien der nächsten Generation mit 2D-Materialien im Kern wesentlich sind, und ich freue mich über das Potenzial dieser hochversprechenden Klasse von Nanomaterialien für fortschrittliche Anwendungen im Gesundheitswesen.“

Als nächstes gaben die Forscher an, ihren Ansatz für klinische Studien zu skalieren, die Empfindlichkeit des Geräts noch weiter zu verbessern und den Test zu erweitern, um zusätzliche Krankheitsbiomarker wie HPV und Gebärmutterhalskrebs zu erkennen.

Andere Mitwirkende, alle, die in Pan’s Laboratory in Penn State arbeiten oder abgeschlossen haben, sind die gemeinsamsten Autoren Satheesh Natarajan, Postdoktorandforscher für Nukleargenieurwesen und Ketan Dighe, Doktorandin für Biomedical Engineering. Teresa Aditya, stellvertretende Forschungsprofessorin für Atomtechnik; Pranay Saha, Postdoktorandforscher in Nukleargenieurwesen; David Skrodzki, Doktorand für Materialwissenschaft und -technik; Purva Gupta, der im Mai mit einem Bachelor of Science in Biomedical Engineering mit einem Bachelor of Science abgeschlossen wurde und die Bemühungen bei der Einrichtung von kostenlosen Menstruationsproduktspendern im gesamten University Park im Jahr 2023 unterstützte; Nivetha Gunaseelan, Doktorandin in der biomedizinischen Ingenieurwesen; Shraddha Krishnakumar, Doktorandin in biomedizinischer Ingenieurwesen. Dighe, Gupta und Gunaseelan erhielten die erste National Academy of Inventors Dr. Barry B. Bercu Biomedical Collegiate Inventor im Jahr 2024 für ihre Arbeiten an diesem Projekt.

Die Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten, die US -amerikanische National Science Foundation, das Kongress des Kongression des Department of Defense, das medizinische Forschungsprogramm und die National Institutes of Health haben diese Arbeit unterstützt.

Quellen: