علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
A noninvasive test to detect cancer cells and pinpoint their location
(Anne Trafton – بقلم: آن ترافتون ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)
ملخص المقالة:
تعتمد معظم الاختبارات لتشخيص السرطان على التصوير، لكن باحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طوروا في الآونة الأخيرة تشخيصات جزيئية يمكنها اكتشاف جزيئات معينة مرتبطة بالسرطان، والتي تنتشر في شكل سوائل جسمية مثل الدم أو البول. وقد انشأوا جسيمات نانوية تشخيصية جديدة تجمع بين هاتين الميزتين: يمكن أن تكشف عن وجود البروتينات السرطانية من خلال اختبار البول، وتعمل كعامل تصوير، محددًا لموقع الورم. ومن حيث المبدأ، يمكن استخدام هذا التشخيص للكشف عن السرطان في أي مكان في الجسم، بما في ذلك الأورام المنتشرة من مواقعها الأصلية.
( المقالة )
تعتمد معظم الاختبارات التي يستخدمها الأطباء لتشخيص السرطان – مثل التصوير الشعاعي للثدي وتنظير القولون والأشعة المقطعية – على التصوير. وفي الآونة الأخيرة، طور الباحثون أيضًا تشخيصات جزيئية يمكنها اكتشاف جزيئات معينة مرتبطة بالسرطان، والتي تنتشر في شكل سوائل جسمية مثل الدم أو البول.
وقد أنشأ مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن جسيمات نانوية تشخيصية جديدة تجمع بين هاتين الميزتين: يمكن أن تكشف عن وجود البروتينات السرطانية من خلال اختبار البول، وتعمل كعامل تصوير، محددًا لموقع الورم. ومن حيث المبدأ، يمكن استخدام هذا التشخيص للكشف عن السرطان في أي مكان في الجسم، بما في ذلك الأورام المنتشرة من مواقعها الأصلية.
“هذا جهاز استشعار واسع حقًا يهدف إلى الاستجابة لكل من الأورام الأولية ونقائلها. ويمكنه إطلاق إشارة بولية ويسمح لنا أيضًا بتصوير مكان الأورام”، تقول سانجيتا بهاتيا، أستاذة كرسي جون ودوروثي ويلسون الاكاديمي في العلوم الصحية والتكنولوجيا والهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر وعضو في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعضو في معهد كوتش لأبحاث السرطان التكاملية ومعهد الهندسة الطبية والعلوم.
وفي دراسة جديدة، أظهرت بهاتيا وزملاؤها أنه يمكن استخدام التشخيص لمراقبة تطور سرطان القولون، بما في ذلك انتشار الأورام النقيلية إلى الرئة والكبد. وفي النهاية، يأملون في تطويره إلى اختبار روتيني للسرطان يمكن إجراؤه سنويًا.
البروفيسور بهاتيا هي المؤلف الكبير للدراسة، التي تظهر اليوم (في نشرة “مواد الطبيعة” (Nature Materials) والمؤلف الرئيسي للورقة هو عالم الأبحاث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ليانغلياغ هاو.
تحديد مكان الأورام
على مدى السنوات العديدة الماضية، طورت البروفيسور بهاتيا تشخيصات للسرطان تعمل عن طريق إنتاج مؤشرات حيوية اصطناعية يمكن اكتشافها بسهولة في البول. وتفرز معظم الخلايا السرطانية إنزيمات تسمى البروتياز، والتي تساعدها على الهروب من مواقعها الأصلية عن طريق قطع بروتينات المصفوفة خارج الخلية. ويتم تغليف جسيمات بهاتيا النانوية للكشف عن السرطان بالببتيدات التي تشقها هذه البروتياز. وعندما تواجه هذه الجسيمات ورمًا، تنقسم الببتيدات وتفرز في البول، حيث يمكن اكتشافها بسهولة. وفي النماذج الحيوانية لسرطان الرئة، يمكن لهذه المؤشرات الحيوية اكتشاف وجود الأورام في وقت مبكر؛ ومع ذلك، فإنها لا تكشف عن الموقع الدقيق للورم أو ما إذا كان الورم قد انتشر خارج العضو الأصلي.
وبناءً على جهودهم السابقة، أراد الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تطوير ما يسمونه التشخيص “متعدد الوسائط”، والذي يمكنه إجراء كل من الفحص الجزيئي (الكشف عن الإشارة البولية) والتصوير، لإخبارهم بالضبط بمكان الورم الأصلي وأي نقائل.
ولتعديل الجسيمات بحيث يمكن استخدامها أيضًا في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، أضاف الباحثون سرطانًا مشعًا يسمى النحاس 64. كما قاموا بتغطيتها بببتيد ينجذب إلى البيئات الحمضية، مثل البيئة الدقيقة في الأورام، لحث الجزيئات على التراكم في مواقع الورم. وبمجرد وصولها إلى الورم، تدخل هذه الببتيدات نفسها في أغشية الخلايا، مما يخلق إشارة تصوير قوية فوق ضوضاء الخلفية.
واختبر الباحثون الجزيئات التشخيصية في نموذجين من الفئران لسرطان القولون النقيلي، حيث تنتقل الخلايا السرطانية إلى الكبد أو الرئتين وتنمو فيهما. وبعد العلاج بعقار العلاج الكيميائي الذي يشيع استخدامه لعلاج سرطان القولون، تمكن الباحثون من استخدام إشارة البول وعامل التصوير لتتبع كيفية استجابة الأورام للعلاج.
وقد وجد الباحثون أيضًا أن توصيل النحاس 64 مع جسيمات نانوية يوفر ميزة على الاستراتيجية التي تُستخدم عادةً في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني [١]. إن متتبع التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، المعروف باسم فلود كسيجلوكوز، هو شكل مشع من الجلوكوز يتم امتصاصه بواسطة الخلايا النشطة الأيضية، بما في ذلك الخلايا السرطانية. ومع ذلك، فإن القلب يولد إشارة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ساطعة عند تعرضه لفلود كسيجلوكوز، ويمكن لهذه الإشارة أن تحجب الإشارات الأضعف من أورام الرئة القريبة. كما وجد الباحثون أن استخدام الجسيمات النانوية الحساسة للأحماض لتراكم النحاس 64 في بيئة الورم يوفر صورة أوضح بكثير لأورام الرئة.
نحو فحص السرطان
إذا تمت الموافقة على استخدامه في المرضى من البشر، فإن البروفيسور بهاتيا تتصور أن هذا النوع من التشخيص يمكن أن يكون مفيدًا لتقييم مدى استجابة المرضى للعلاج، وللمراقبة طويلة المدى لتكرار الورم أو للورم الخبيث، خاصة بالنسبة لسرطان القولون.
“يمكن مراقبة هؤلاء المرضى بالنسخة البولية للاختبار كل ستة أشهر، على سبيل المثال. إذا كان اختبار البول إيجابيًا، فيمكنهم المتابعة بنسخة مشعة من نفس العامل لدراسة التصوير التي يمكن أن تشير إلى مكان انتشار المرض. نعتقد أيضًا أنه يمكن تسريع المسار التنظيمي مع كلا وضعي الاختبار باستخدام صيغة واحدة”، تقول البروفيسور بهاتيا. وعلى المدى الطويل، تأمل أن يتم استخدام هذه التقنية كجزء من سير عمل التشخيص الذي يمكن تقديمه بشكل دوري للكشف عن أي نوع من أنواع السرطان.
“الرؤية هي أنه يمكنك استخدام هذا في نموذج الفحص – بمفرده أو بالاقتران مع اختبارات أخرى – ويمكننا بشكل جماعي الوصول إلى المرضى الذين ليس لديهم إمكانية الوصول إلى البنية التحتية للفحص المكلفة اليوم”، كما تقول البروفيسور بهاتيا. وتضيف: “في كل عام، يمكنك إجراء اختبار للبول كجزء من الفحص العام. تقوم بدراسة تصوير فقط، إذا كان اختبار البول إيجابيًا، لمعرفة مصدر الإشارة. لدينا الكثير من العمل الذي يتعين القيام به على العلم للوصول إلى هناك، ولكن هذا هو المكان الذي نرغب في الذهاب إليه على المدى الطويل”.
وقد أجرت شركة غلايمپسي بايو (Glympse Bio)، وهي شركة شاركت في تأسيسها البروفيسور بهاتيا، المرحلة الأولى من التجارب السريرية لنسخة سابقة من جزيئات تشخيص المسالك البولية ووجدتها آمنة في المرضى.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://phys.org/news/2021-07-noninvasive-cancer-cells.html
لمزيد من المعلومات: ليانغليانغ هاو وآخرون، Microenvironment-triggered multimodal precision diagnostics, Nature Materials(2021). DOI: 10.1038/s41563-021-01042-y
الهوامش:
[١] التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (positron emission tomography – PET) هو اختبار تصوير يساعد في الكشف عن كيفية عمل الأنسجة والأعضاء. ويستخدم فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني عقارًا مشعًا (مقتفيًا) لإظهار هذا النشاط. ويمكن لهذا الفحص أحيانا اكتشاف المرض قبل ظهوره في اختبارات التصوير الأخرى.