يوفر النهج التشخيصي المستدام الجديد اختبارًا دقيقًا للسرطان مع الحد الأدنى من التأثير البيئي

يوفر النهج التشخيصي المستدام الجديد اختبارًا دقيقًا للسرطان مع الحد الأدنى من التأثير البيئي

في دراسة حديثة في Nature Sustainability، وصف الباحثون نهجًا تشخيصيًا يجمع بين بقع المصل المجففة (DSS) مع طرق امتصاص الليزر المعززة بالجسيمات النانوية وقياس طيف التأين الكتلي (NPELDI-MS) للكشف الدقيق والفعال من حيث التكلفة عن السرطان.

خلفية

لقد فشل أكثر من مليار شخص في جميع أنحاء العالم في تشخيص الأمراض، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى طرق تشخيص أكثر موثوقية وفعالية من حيث التكلفة. يتمتع التشخيص الأيضي بإمكانيات ولكنه يواجه قيودًا بسبب استخدام العينات الحيوية والقوة التحليلية.

تعمل عمليات التشخيص المرتكزة على السكان على زيادة معدلات البقاء على قيد الحياة، وتقليل حالات الإصابة بالمرض، وتوفير تكاليف الرعاية الصحية، وخاصة بالنسبة للأمراض الخطيرة والأورام الخبيثة.

يؤدي نقص مرافق التشخيص في البلدان النامية إلى زيادة عدد الحالات غير المكتشفة. يعد قياس الطيف الكتلي هو التقنية الأكثر استخدامًا للتشخيص الأيضي في البقع الجافة، ولكنه يتطلب فصلًا يستغرق وقتًا طويلاً.

حول الدراسة

في هذه الدراسة، طور الباحثون نهجًا علاجيًا موحدًا يستهدف التمثيل الغذائي ومصممًا خصيصًا لتقليل التشخيص الخاطئ لسرطان المعدة (GC)، وسرطان القولون والمستقيم (CC)، وسرطان البنكرياس (PC) في البلدان الفقيرة.

استخدم الباحثون مصفوفات عضوية مثل DHB وقاموا ببناء مصفوفات استقلابية دقيقة متعددة الإرسال باستخدام جسيمات الحديد النانوية (NPs) لزيادة أداء الكشف.

بالنسبة للحساسية، فقد حصلوا على أطياف كتلة فريدة باستخدام مزيج مستقلب تقليدي وأكدوا تأثير NPs الحديد المعتمد على الحجم على الاستخراج الأيضي المباشر من العينات الحيوية المعقدة من حيث الخصوصية.

قام الفريق بالتحقيق فيما إذا كان من الممكن تحديد كمية المستقلبات المستخرجة من بقع الدم المجففة (DSSs) بدقة وتوصيفها باستخدام NPELDI MS. قاموا بتعديل كميات المصل وقاسوا طيف الكتلة المعتاد لمستخلص DSS لتحديد كمية المستقلبات المستهدفة. كما قاموا باختبار عامل الخطية والمدى الديناميكي لمنصة NPELDI-MS باستخدام الفينيل ألانين.

لإثبات قوة NPELDI-MS، أجرى الباحثون تقديرًا كميًا مستهدفًا لجزيئات المؤشر الإضافية وقارنوا اتساق الطيف الذي تم الحصول عليه من عينات DSS وعينات المصل المتطابقة.

بعد إثبات جدوى استخدام DSS في التشخيص الأيضي، قام الباحثون بالتحقيق في تطبيقه على عينات دم مختلفة لتحديد ملامح غير مستهدفة وتقدير كمي مستهدف بناءً على ظروف التخزين ومواقع التثقيب.

استخدم الباحثون NPELDI MS لتمييز حالات السرطان عن المتبرعين الأصحاء من خلال جمع ملفات تعريف التمثيل الغذائي غير المستهدفة لـ 180 DSSs. لقد طوروا نماذج ومصنفات كيميائية لتقييم الأداء التشخيصي.

كما قاموا بإنشاء نموذج تقدير للفحص السكاني واسع النطاق في مجتمع افتراضي يضم 100000 شخص باستخدام تنظير القولون البصري كخط أساس. جمع الباحثون 245 عينة مصل من مجموعات سرطانية مختلفة.

قاموا بتعيين درجات تشابه جيب التمام لكل مجموعة وطوروا نموذجًا نظريًا يعتمد على 100000 من السكان لحساب معدل التشخيص المفقود.

نتائج

تتيح تقنية NPELDI-MS الكشف السريع عن العديد من الأورام الخبيثة في غضون دقائق بأقل تكلفة مع كونها صديقة للبيئة وسهلة الاستخدام ومكافئة للمصل من حيث الدقة.

يمكنه تقليل النسبة المتوقعة لحالات CC غير المكتشفة من 84% إلى 29%، وGC من 78% إلى 57%، وPC من 35% إلى 9.3%، لتخفيض إجمالي من 20% إلى 55%. أظهرت قراءات NPELDI-MS ارتباطات خطية مع تركيزات الحليلة، مع حد اكتشاف منخفض يصل إلى 0.1 ميكرومتر.

أتاح إدخال جسيمات الحديد النانوية الامتصاص الفعال للأيضات بمساحة سطحية كبيرة تبلغ 79 م2/جم وعزز الامتزاز الحراري الضوئي من خلال امتصاص قوي للأشعة فوق البنفسجية من 200 إلى 500 نانومتر وقدرة حرارية عالية تبلغ 653 جول/كجم/ك.

أظهر توزيع الكربون (في الجلوكوز) داخل الهجين الأيضي للجسيمات النانوية والجسيمات النانوية أن المستقلبات محاصرة بشكل تفضيلي على أسطح الجسيمات على عكس الجزيئات الحيوية. في المقابل، لم تظهر المصفوفات العضوية أي تفضيل لتأين أو امتزاز جزيئات المستقلب بخلاف البروتينات.

حتى باستخدام نهج إعداد العينات لأفضل الممارسات، تفوقت بيانات NPELDI-MS على بيانات MS من المصفوفات العضوية التي يمكن الوصول إليها. وجد الباحثون أن استخدام الجسيمات النانوية الذهبية أو الفضية لتحديد خمسة مستقلبات تنبؤية أدى إلى انخفاض شدة إشارة مرض التصلب العصبي المتعدد مقارنة بجسيمات الحديد النانوية (أعلى بمقدار 11 ضعفًا).

تتمتع NPs الحديدية بموصلية حرارية منخفضة تبلغ 3.50 واط / م / ك (317 واط / م / ك للذهب و 429 واط / م / ك للفضة) مقارنة بـ NPs المعدنية، مما يتيح امتصاص المستقلبات الحرارية الضوئية.

وأظهرت الدراسة أن اكتشاف السرطان باستخدام التنميط الأيضي DSS قابل للتكرار بدرجة كبيرة، حيث أن 84% من جميع القمم لها كثافة سير ذاتية أقل من 15% للكشف داخل الرقاقة.

اكتشف الباحثون اختلافات أيضية كبيرة بين مرضى HD ومجموعات السرطان المختلفة، مع وجود اثنين من المستقلبات المنتظمة واثنين من المستقلبات المنتظمة التي لوحظت في نماذج DSS والمصل.

ومع ذلك، فإن الفعالية التشخيصية للنماذج الجديدة لم تكن كافية في التمييز بين السرطان ومرض هنتنغتون. تم إنشاء منحنيات المعايرة من خلال تقدير نسب كثافة التحاليل والمعايير الداخلية المضافة. وأسفر القياس الكمي للنظائر عن استرداد متوسط ​​قدره 96% للجلوكوز و104% لللاكتات، مما يدل على أن الباحثين يمكنهم تحديد كمية المستقلبات المستهدفة باستمرار.

بناءً على نتائج الدراسة، يمكن لتقنية NPELDI-MS، التي تستخدم سير عمل ثابت وDSS الورقي، تحسين التشخيص الأيضي طويل المدى لأورام القولون والمعدة والبنكرياس الخبيثة.

تعمل هذه الإستراتيجية على تقليل عدد الحوادث التي لم يتم اكتشافها مع المساهمة في استدامة تقديم الرعاية الصحية. تتيح المنصة الكشف السريع والفعال من حيث التكلفة والموثوق عن السرطان في دقائق، وبالتالي فهي مناسبة للتطبيقات السريرية واسعة النطاق.

تتفوق النماذج المشتقة من DSS على المؤشرات الحيوية التي تم التحقق من صحتها سريريًا في تحديد مرضى السرطان بدقة مكافئة للمصل باستخدام التشخيص الأيضي. يمكن لمزيد من الأبحاث التحقق من صحة هذه الإستراتيجية لمختلف الأمراض وإنشاء منصات مرض التصلب العصبي المتعدد أكثر فعالية من حيث التكلفة لاختبار نقطة الرعاية.

مصادر: