Исследователи разработали высокопроизводительный анализ крови, который использует магнитные наносенсоры для обнаружения активности протеаз - ферментов, связанных с прогрессированием опухолей. Этот метод получил название PAC•MANN (Protease Activity-based Circulating Magnetic Nanosensor).
Рак поджелудочной железы, известный как один из самых смертоносных видов онкологических заболеваний, часто обнаруживается на поздних стадиях, когда возможности лечения сильно ограничены. Однако новое исследование, проведенное группой ученых из Орегонского университета здоровья и науки и Стэнфордского университета, предлагает революционный подход к раннему выявлению этого заболевания. Исследователи разработали высокопроизводительный анализ крови, который использует магнитные наносенсоры для обнаружения активности протеаз — ферментов, связанных с прогрессированием опухолей. Этотметодполучилназвание PAC•MANN (Protease Activity-based Circulating Magnetic Nanosensor).
Проблема ранней диагностики
До настоящего времени стандартом диагностики рака поджелудочной железы оставался анализ уровня углеводного антигена 19-9 (CA19-9), однако этот маркер имеет низкую диагностическую ценность для раннего выявления заболевания. Улучшение способов скрининга крайне важно, поскольку более 80% пациентов узнают о своем диагнозе уже на поздних стадиях, когда эффективное терапевтическое вмешательство становится невозможным.
Исследователи обратили внимание на роль протеаз — ферментов, которые играют ключевую роль в процессах деградации внеклеточного матрикса, инвазии опухолевых клеток и метастазировании. Активность этих ферментов можно использовать как биомаркер для раннего обнаружения рака.
Как работает PAC•MANN?
Метод основан на использовании специальных пептидных зондов, которые распознаются протеазами в образце крови. Эти зонды спроектированы таким образом, чтобы при расщеплении происходило изменение электрического заряда молекулы, что позволяет легко выделить продукты реакции. Для анализа используется всего 8 микролитров сыворотки крови, что делает метод высокоэффективным и малотравматичным для пациента.
В ходе исследования был создан набор из шести пептидных зондов, содержащих 37 уникальных сайтов расщепления. Эти зонды были протестированы на образцах крови от пациентов с раком поджелудочной железы, с предраковыми состояниями (например, внутрипротоковой папиллярной муцинозной неоплазией), с хроническим панкреатитом и от здоровых добровольцев. Результаты показали, что активность протеаз существенно различается между этими группами, позволяя надежно отличать раковые образцы от здоровых.
Ключевая роль MMP-2
Одним из важнейших открытий стало выявление центральной роли матриксных металлопротеиназ (MMP), особенно MMP-2, в прогрессировании рака поджелудочной железы. MMP-2 — это протеаза, которая участвует в деградации внеклеточного матрикса и способствует метастазированию опухолевых клеток. Используя специфические ингибиторы MMP, исследователи показали, что именно эта протеаза ответственна за большую часть активности, обнаруженной в анализе.
Уровень активности MMP-2 в сыворотке крови пациентов с раком поджелудочной железы был значительно выше, чем у здоровых людей, даже при сравнении с другими протеазами, такими как MMP-9 или MMP-13. Это открытие позволило ученым сосредоточиться на одном конкретном зонде (Probe-1), который наиболее специфически реагирует на активность MMP-2.
Преимущества нового метода
PAC•MANN имеет несколько значительных преимуществ перед существующими методами диагностики:
Перспективы применения
Разработанный метод может быть использован не только для ранней диагностики рака поджелудочной железы, но и для мониторинга пациентов из группы риска, например, тех, кто страдает хроническим панкреатитом или имеет предраковые состояния. Кроме того, технология может быть адаптирована для выявления других видов рака, где активность протеаз также играет ключевую роль.
Заключение
PAC•MANN представляет собой многообещающий инструмент для преобразования подходов к ранней диагностике рака поджелудочной железы. Его высокая чувствительность, простота использования и возможность масштабирования делают его потенциально применимым в широкой клинической практике. Хотя метод еще требует дополнительных исследований и клинических испытаний, первые результаты демонстрируют его огромный потенциал для улучшения выживаемости пациентов с этим агрессивным заболеванием. Возможно, в будущем PAC•MANN станет стандартом диагностики, помогая врачам "поймать" рак на самых ранних этапах, когда лечение наиболее эффективно.
Рак поджелудочной железы, известный как один из самых смертоносных видов онкологических заболеваний, часто обнаруживается на поздних стадиях, когда возможности лечения сильно ограничены. Однако новое исследование, проведенное группой ученых из Орегонского университета здоровья и науки и Стэнфордского университета, предлагает революционный подход к раннему выявлению этого заболевания. Исследователи разработали высокопроизводительный анализ крови, который использует магнитные наносенсоры для обнаружения активности протеаз — ферментов, связанных с прогрессированием опухолей. Этотметодполучилназвание PAC•MANN (Protease Activity-based Circulating Magnetic Nanosensor).
Проблема ранней диагностики
До настоящего времени стандартом диагностики рака поджелудочной железы оставался анализ уровня углеводного антигена 19-9 (CA19-9), однако этот маркер имеет низкую диагностическую ценность для раннего выявления заболевания. Улучшение способов скрининга крайне важно, поскольку более 80% пациентов узнают о своем диагнозе уже на поздних стадиях, когда эффективное терапевтическое вмешательство становится невозможным.
Исследователи обратили внимание на роль протеаз — ферментов, которые играют ключевую роль в процессах деградации внеклеточного матрикса, инвазии опухолевых клеток и метастазировании. Активность этих ферментов можно использовать как биомаркер для раннего обнаружения рака.
Как работает PAC•MANN?
Метод основан на использовании специальных пептидных зондов, которые распознаются протеазами в образце крови. Эти зонды спроектированы таким образом, чтобы при расщеплении происходило изменение электрического заряда молекулы, что позволяет легко выделить продукты реакции. Для анализа используется всего 8 микролитров сыворотки крови, что делает метод высокоэффективным и малотравматичным для пациента.
В ходе исследования был создан набор из шести пептидных зондов, содержащих 37 уникальных сайтов расщепления. Эти зонды были протестированы на образцах крови от пациентов с раком поджелудочной железы, с предраковыми состояниями (например, внутрипротоковой папиллярной муцинозной неоплазией), с хроническим панкреатитом и от здоровых добровольцев. Результаты показали, что активность протеаз существенно различается между этими группами, позволяя надежно отличать раковые образцы от здоровых.
Ключевая роль MMP-2
Одним из важнейших открытий стало выявление центральной роли матриксных металлопротеиназ (MMP), особенно MMP-2, в прогрессировании рака поджелудочной железы. MMP-2 — это протеаза, которая участвует в деградации внеклеточного матрикса и способствует метастазированию опухолевых клеток. Используя специфические ингибиторы MMP, исследователи показали, что именно эта протеаза ответственна за большую часть активности, обнаруженной в анализе.
Уровень активности MMP-2 в сыворотке крови пациентов с раком поджелудочной железы был значительно выше, чем у здоровых людей, даже при сравнении с другими протеазами, такими как MMP-9 или MMP-13. Это открытие позволило ученым сосредоточиться на одном конкретном зонде (Probe-1), который наиболее специфически реагирует на активность MMP-2.
Преимущества нового метода
PAC•MANN имеет несколько значительных преимуществ перед существующими методами диагностики:
- Высокая чувствительность и специфичность: В ходе клинических испытаний метод показал чувствительность 78% и специфичность 86% при выявлении рака поджелудочной железы. При комбинировании с анализом CA19-9 эти показатели достигают 100% специфичности и 84% чувствительности.
- Малый объем образца: Для анализа требуется всего 8 микролитров сыворотки крови, что делает его удобным для использования даже в условиях ограниченных ресурсов.
- Высокая производительность: Метод позволяет проводить анализ в формате 384-луночных планшетов, что обеспечивает быстрое тестирование большого числа образцов.
- Простота использования: Благодаря магнитным наносенсорам, которые отделяют расщепленные продукты от нерасщепленных, результаты анализа можно получить без сложных процедур, таких как гель-электрофорез.
Перспективы применения
Разработанный метод может быть использован не только для ранней диагностики рака поджелудочной железы, но и для мониторинга пациентов из группы риска, например, тех, кто страдает хроническим панкреатитом или имеет предраковые состояния. Кроме того, технология может быть адаптирована для выявления других видов рака, где активность протеаз также играет ключевую роль.
Заключение
PAC•MANN представляет собой многообещающий инструмент для преобразования подходов к ранней диагностике рака поджелудочной железы. Его высокая чувствительность, простота использования и возможность масштабирования делают его потенциально применимым в широкой клинической практике. Хотя метод еще требует дополнительных исследований и клинических испытаний, первые результаты демонстрируют его огромный потенциал для улучшения выживаемости пациентов с этим агрессивным заболеванием. Возможно, в будущем PAC•MANN станет стандартом диагностики, помогая врачам "поймать" рак на самых ранних этапах, когда лечение наиболее эффективно.
Дата публикации: 20.02.2025
Первоисточник:
Jose L. etal. A high throughput blood-based assay for the early detection of pancreatic cancer (preprint) doi: https://doi.org/10.1101/2024.01.12.24301220
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.01.12.24301220v1.full.pdf+html
Первоисточник:
Jose L. etal. A high throughput blood-based assay for the early detection of pancreatic cancer (preprint) doi: https://doi.org/10.1101/2024.01.12.24301220
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.01.12.24301220v1.full.pdf+html