Ratones Magnetic nanotags detectar el cáncer en varios métodos anteriores actualmente en uso clínico

Mayo 9, 2016 Admin Salud 0 0
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El sensor es hasta 1000 veces más sensible que cualquier otra tecnología actualmente en uso clínico, la precisa independientemente del fluido corporal se analiza y se puede detectar biomarcadores de proteínas en un intervalo de concentraciones tres veces más amplio que cualquier método existente , dicen los investigadores.

El chip nanosensores también puede buscar hasta 64 proteínas diferentes al mismo tiempo y ha demostrado ser eficaz en la detección precoz de los tumores en ratones, lo que sugiere que puede abrir la puerta de detección mucho más temprano de cáncer, incluso el hombre más difícil de alcanzar. El sensor también puede ser utilizado para detectar marcadores para enfermedades distintas del cáncer.




"En la etapa inicial [de cáncer], el nivel de biomarcadores de proteínas en la sangre es muy, muy bajo, por lo que necesita la tecnología ultra-sensible para detectar", dijo Shan Wang, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería y ingeniería eléctrica, y autor principal de un artículo que describe el sensor, el cual fue publicado en línea en el sitio web de la revista Nature Medicine el 11 de octubre, "Si se puede detectar con antelación, puede hacer que la intervención temprana y usted tendrá una mejor oportunidad de curar la persona ".

Wang dijo que la tecnología de nanosensores también podría permitir a los médicos determinar rápidamente si un paciente responde a un determinado curso de quimioterapia. "Podemos saber el día dos o tres de tratamiento si está funcionando o no, en lugar de uno o dos meses después de los días", dijo.

El sensor de Wang y sus colegas han creado, que utiliza la nanotecnología detección magnética que habían desarrollado previamente, capaz de detectar una proteína dada de biomarcadores de cáncer asociados a una concentración tan baja como una parte en cien mil millones de dólares (o 30 moléculas en una milímetro cúbico de sangre).

Aunque las bases de la tecnología de detección magnética utilizada en el nuevo biosensor se han descrito el año pasado en un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, el nuevo sensor no sólo es más sensible que el anterior a varios órdenes de magnitud, sino también supera a su predecesor - y los métodos de detección actualmente en uso - de varias otras maneras.

El diagnóstico precoz de tumores en ratones

El más impresionante ganancia de rendimiento se detalla en el documento de la revista Nature Medicine es que los investigadores han demostrado que el sensor nano-magnética puede detectar con éxito los tumores en ratones en los que los niveles de proteínas asociadas con el cáncer están todavía muy por debajo concentraciones detectables mediante el estándar actual metodología, conocida por el acrónimo ELISA.

"Este es un resultado importante para nosotros, porque se dice que en una aplicación biológica realista - que del crecimiento tumoral en ratones - podemos ver realmente los tumores antes que nada pudo detectar", dijo Sam Gambhir, profesor de radiología en Stanford .

"Yo diría que el papel de PNAS es la prueba del concepto de la tecnología, y el papel de la revista Nature Medicine es una prueba de concepto de la tecnología que trabaja en una aplicación del mundo real", dijo. "Es una cosa s que tiene el espectáculo que la tecnología puede trabajar en principio, pero es otra muy distinta es utilizar muestras de sangre del ratón reales de un ratón real de crecimiento de un tumor real."

En el papel en Nature Medicine, los investigadores muestran que el nuevo sensor nano-magnético tiene una amplia gama de sensibilidad, de las cantidades minutos descritos anteriormente para las concentraciones de seis órdenes de magnitud, o un millón de veces, mayor. Los mejores métodos existentes de análisis o ensayos, en uso clínico son capaces de detectar proteínas en un intervalo de concentración de hasta dos órdenes de magnitud.

La mayoría de las plataformas de detección actualmente en uso se limitan a realizar un solo análisis a la vez, sino porque los sensores nano-magnéticas se unen a un microchip en una serie de sensores 64, cada uno de los cuales puede ser configurado para detectar una proteína diferente , los investigadores pueden buscar hasta 64 proteínas diferentes simultáneamente durante un solo análisis, que por lo general requiere de una o dos horas - mucho menos que la mayoría de las pruebas existentes.

Los investigadores también han demostrado que el sensor es igualmente eficaz en cualquier fluido biológico probable, o matriz, que un médico quiere analizar proteínas asociadas a cáncer. Estos líquidos incluyen la orina, saliva, plasma de sangre (sangre con las células de sangre eliminado), el suero (plasma de sangre con los factores que promueven la coagulación eliminado) y lisados ​​celulares (el nombre aplicado a la olla celular producida por la disolución de las células).

"La idea de que se podía esencialmente, en una única plataforma de prueba, medir una amplia diversidad de biomoléculas que se encuentran en una amplia gama de concentraciones con tal sensibilidad que es realmente, realmente notable", dijo Charles Drescher, profesor de obstetricia y ginecología en la Universidad de Washington en Seattle, que no participó en la investigación. "Creo que todos estaremos muy contentos si esto realmente pan".

La clave para la versatilidad del sensor magnético-nano y la amplia gama de concentraciones puede detectar mentiras en el uso de magnetismo.

Cómo nanotags magnética revelan la cantera

El mecanismo básico de detección utilizado en los sensores nano-magnética es capturar antígenos - compuestos dañinos producidos y derramadas por las células tumorales - usando anticuerpos que naturalmente tienden a unirse con los antígenos. Los anticuerpos, llamados anticuerpos de captura "," se aplican a un sensor, de modo que cuando la matriz de interés se coloca sobre el chip sensor, los antígenos apropiados se unen.

Mientras que los antígenos se llevan a cabo rápida, se aplica a un mechón de anticuerpos. Estos anticuerpos son atraídos antígenos celebradas en los sensores, y en unión con ellos sellar eficazmente los antígenos dentro de un sándwich de anticuerpos. Luego, los investigadores aplican un lavado que contiene etiquetas de nanopartículas magnéticas que se han personalizado para adaptarse a los anticuerpos específicos. Los nanotags magnético de sujeción externo para el anticuerpo en el sándwich, donde alteran el campo magnético ambiente en una forma pequeña pero distinta y detectable que es detectada por el detector.

Los ensayos de detección de proteína que están actualmente en uso se basan en una variedad de mecanismos, tales como la medición de la carga eléctrica, las señales fluorescentes o pH, todos los cuales están sujetos a la interferencia de la matriz biológica en la que residen las proteínas deseadas. Mientras que una dosis particular puede estar bien para la evaluación de la concentración de una proteína en la orina, por ejemplo, puede realizar mal cuando se aplica a una muestra de sangre, tales como las diferencias en la composición de las propiedades de influencia de la matriz tales como el pH o carga eléctrica.

"Nuestros sensores han demostrado ser bastante insensible a la matriz, por lo que es otro elemento clave desde un punto de vista científico", dijo Wang. Por ejemplo, dijo, "Sabemos que en la saliva y la sangre, tienen totalmente diferentes valores de pH y química diferente, pero todos ellos son no magnético. Magnéticamente son como el aire. Por lo tanto, no interfiere con nuestro mecanismo [Detección]. "

La mayoría de los ensayos actualmente en uso sólo son capaces de detectar proteínas en un estrecho rango de concentraciones antes de la interferencia de algún tipo degrada la sensibilidad de la prueba. Esto puede tomar un número de pruebas que se ejecutan en una muestra diluida a diferentes dosis, para montar una imagen completa de la concentración de una proteína en la matriz. Pero, de nuevo, usando la detección magnética, Wang y sus colegas son capaces de eludir que la degradación de la señal.

"Con una alta sensibilidad y amplia gama podemos mirar a un gran grupo de proteínas en una amplia gama de concentraciones, y la falta de sensibilidad de la matriz, podemos verlos en diferentes fluidos", dijo Richard Gaster, MD/estudiante de doctorado en bioingeniería y la medicina, y el primer autor del artículo de Nature Medicine. "Tenemos que adaptarnos cuando estamos buscando, podemos mirar todo a la vez." Esto produce un ahorro en el tiempo, que, una vez que el sensor está en uso comercial, sino que también se traduce en un ahorro monetario.

Otra de las virtudes de la tecnología, dijo Wang, es que utiliza la tecnología existente ya en uso en las industrias de la retención de datos y la industria de los semiconductores y para esto, añadió, "Se puede hacer de forma relativamente barata."

"Es el mismo sensor que está utilizando un disco duro de leer un disco duro de nuevo", dijo. "Muy parecido a eso."

Uno de los próximos pasos en la búsqueda, dijo Wang, es probar los sensores nano-magnética en muestras de sangre humana tomados de un estudio a largo plazo en el que los investigadores tomaron muestras de sangre de los sujetos antes de que uno de ellos fue diagnosticado un cáncer. Con este fin, el equipo de Stanford trabajará con el Centro Fred Hutchinson Cancer Research en Seattle y la Fundación Canaria, una organización sin fines de lucro que se centra en la detección temprana del cáncer.

"De hecho, podemos usar nuestra tecnología para estudiar todas estas muestras y podemos ser capaces de decirle a un año antes o un año y medio o tres meses antes del diagnóstico", dijo Wang. "Este trabajo será muy interesante."

El financiamiento para esta investigación provino del Instituto Nacional del Cáncer, la Fundación Nacional para la Ciencia, la Agencia de Reducción de Amenazas a la Defensa, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, el Departamento de Asuntos de Veteranos, la Fundación de las Islas Canarias y el National Semiconductor Corporation.

Otros autores del artículo en la revista Nature Medicine son de Drew Hall, estudiante graduado en ingeniería eléctrica; Carsten Nielsen, visitando programa académico en la imagen molecular; Sebastián Osterfeld y Heng Yu, ambos investigadores MagArray Inc .; Kathleen Mach, asistente de investigación de la ciencia de la vida en urología; Robert Wilson, investigador senior en ciencia de materiales e ingeniería; Boris Murmann, profesor asistente de ingeniería eléctrica; y José Liao, profesor asistente de urología.

La Universidad de Stanford ha licenciado la tecnología de chip bioensayo magnético utilizado en esta investigación para MagArray Inc., una compañía de lanzamiento a principios de en Silicon Valley. Shan Wang, Sanjiv "Sam" Gambhir, Heng Yu y Sebastian Osterfeld tienen intereses financieros MagArray en forma de acciones u opciones.

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