Glioblastoma-Immagine: il biochip viene utilizzato per rilevare i biomarcatori del glioblastoma, un tumore cerebrale a crescita rapida. Credito: Matt Cashore / University of Notre Dame.
I ricercatori dell’Università di Notre Dame hanno sviluppato un nuovo dispositivo automatizzato in grado di diagnosticare il glioblastoma, un tumore cerebrale incurabile e a rapida crescita, in meno di un’ora. Il paziente medio affetto da glioblastoma sopravvive 12-18 mesi dopo la diagnosi.
Il fulcro della diagnosi è un biochip che utilizza la tecnologia elettrocinetica per rilevare biomarcatori, ovvero recettori attivi del fattore di crescita epidermico (EGFR), che sono sovraespressi in alcuni tumori come il glioblastoma e presenti nelle vescicole extracellulari.
“Le vescicole extracellulari o esosomi sono nanoparticelle uniche secrete dalle cellule. Sono grandi, da 10 a 50 volte più grandi di una molecola, e hanno una carica debole. La nostra tecnologia è stata progettata specificamente per queste nanoparticelle, utilizzando le loro caratteristiche a nostro vantaggio“, ha affermato Hsueh-Chia Chang, Professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la Bayer University di Notre Dame e autore principale dello studio sulla diagnosi pubblicato in Communications Biology.
La sfida per i ricercatori era duplice: sviluppare un processo in grado di distinguere tra EGFR attivi e non attivi e creare una tecnologia diagnostica che fosse sensibile, ma selettiva nel rilevare gli EGFR attivi sulle vescicole extracellulari nei campioni di sangue.
Per fare questo, i ricercatori hanno creato un biochip che utilizza un sensore elettrocinetico poco costoso, grande quanto una pallina di una penna a sfera. Grazie alle dimensioni delle vescicole extracellulari, gli anticorpi sul sensore possono formare legami multipli con la stessa vescicola extracellulare. Questo metodo migliora significativamente la sensibilità e la selettività della diagnosi.
Quindi le nanoparticelle di silice sintetica “segnalano” la presenza di EGFR attivi sulle vescicole extracellulari catturate, mentre apportano un’elevata carica negativa. Quando sono presenti vescicole extracellulari con EGFR attivi, si può osservare uno spostamento di voltaggio, che indica la presenza di glioblastoma nel paziente.
Questa strategia di rilevamento della carica riduce al minimo le interferenze comuni nelle attuali tecnologie di sensori che utilizzano reazioni elettrochimiche o fluorescenza.
“Il nostro sensore elettrocinetico ci consente di fare cose che altre diagnosi non possono“, ha affermato Satyajyoti Senapati, Professore associato di ricerca in ingegneria chimica e biomolecolare presso Notre Dame e coautore dello studio. “Possiamo caricare direttamente il sangue senza alcun pretrattamento per isolare le vescicole extracellulari perché il nostro sensore non è influenzato da altre particelle o molecole. Mostra un basso rumore ed è più sensibile al rilevamento delle malattie rispetto ad altre tecnologie“.
In totale, il dispositivo comprende tre parti: un’interfaccia di automazione, un prototipo di una macchina portatile che somministra i materiali per eseguire il test e il biochip. Ogni test richiede un nuovo biochip, ma l’interfaccia di automazione e il prototipo sono riutilizzabili.
L’esecuzione di un test richiede meno di un’ora e richiede solo 100 microlitri di sangue. Ogni biochip costa meno di 2 $ in materiali per la produzione produrre.
Sebbene questo dispositivo diagnostico sia stato sviluppato per il glioblastoma, i ricercatori affermano che può essere adattato ad altri tipi di nanoparticelle biologiche. Ciò apre la possibilità alla tecnologia di rilevare un certo numero di diversi biomarcatori per altre malattie. Chang ha affermato che il team sta esplorando la tecnologia per diagnosticare il cancro al pancreas e potenzialmente altri disturbi come malattie cardiovascolari, demenza ed epilessia.
“La nostra tecnica non è specifica, ma è stato particolarmente appropriato iniziare con il glkioblastoma a causa della sua letalità e della mancanza di test di screening precoci disponibili”, ha detto Chang. “La nostra speranza è che se la diagnosi precoce è più fattibile, allora ci sono maggiori possibilità di sopravvivenza”.
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I campioni di sangue per testare il dispositivo sono stati forniti dal Centro per la ricerca sul cancro al cervello presso l’Olivia Newton-John Cancer Research Institute di Melbourne, Australia.
Oltre a Chang e Senapati, tra gli altri collaboratori figurano gli ex postdoc di Notre Dame Nalin Maniya e Sonu Kumar; Jeffrey Franklin, James Higginbotham e Robert Coffey della Vanderbilt University; e Andrew Scott e Hui Gan dell’Olivia Newton-John Cancer Research Institute e della La Trobe University.
Fonte:Nature
