Novos sensores podem oferecer detecção precoce de tumores pulmonares

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Pessoas com alto risco de desenvolver câncer de pulmão, como fumantes pesados, são rotineiramente examinadas com tomografia computadorizada (TC), que pode detectar tumores nos pulmões. No entanto, este teste tem uma taxa extremamente alta de falsos positivos, pois também capta nódulos benignos nos pulmões.

Pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova abordagem para o diagnóstico precoce do câncer de pulmão: um exame de urina que pode detectar a presença de proteínas ligadas à doença. Esse tipo de teste não invasivo pode reduzir o número de falsos positivos e ajudar a detectar mais tumores nos estágios iniciais da doença.

A detecção precoce é muito importante para o câncer de pulmão, pois as taxas de sobrevida em cinco anos são pelo menos seis vezes maiores em pacientes cujos tumores são detectados antes de se espalharem para locais distantes do corpo.

“Se você olhar para o campo dos diagnósticos e terapias do câncer, há um reconhecimento renovado da importância da detecção e prevenção precoce do câncer. Nós realmente precisamos de novas tecnologias que nos permitam ver o câncer quando pudermos interceptá-lo e intervir cedo ”, diz Sangeeta Bhatia, que é John e Dorothy Wilson Professor de Ciências da Saúde e Tecnologia e Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, e membro do Instituto Koch do MIT para Pesquisa Integrativa do Câncer e do Instituto de Engenharia Médica e Ciência.

Bhatia e seus colegas descobriram que o novo teste, que é baseado em nanopartículas que podem ser injetadas ou inaladas, pode detectar tumores tão pequenos quanto 2,8 milímetros cúbicos em ratos.

Bhatia é o autor sênior do estudo, que aparece hoje em Medicina Translacional em Ciências. Os principais autores do artigo são os estudantes de pós-graduação do MIT e da Universidade de Harvard, Jesse Kirkpatrick e Ava Soleimany, e o ex-aluno de pós-graduação do MIT, Andrew Warren, atualmente associado da Third Rock Ventures.

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Visando tumores pulmonares

Por vários anos, o laboratório de Bhatia desenvolve nanopartículas que podem detectar câncer interagindo com enzimas chamadas proteases. Essas enzimas ajudam as células tumorais a escapar de seus locais originais cortando as proteínas da matriz extracelular.

Para encontrar essas proteínas, Bhatia criou nanopartículas revestidas com peptídeos (fragmentos curtos de proteína) que são alvos de proteases ligadas ao câncer. As partículas se acumulam nos locais dos tumores, onde os peptídeos são clivados, liberando biomarcadores que podem ser detectados em uma amostra de urina.

Seu laboratório já havia desenvolvido sensores para câncer de cólon e ovário e, em seu novo estudo, os pesquisadores queriam aplicar a tecnologia ao câncer de pulmão, que mata cerca de 150.000 pessoas nos Estados Unidos a cada ano. As pessoas que recebem uma tomografia computadorizada e obtêm um resultado positivo geralmente são submetidas a uma biópsia ou outro teste invasivo para procurar câncer de pulmão. Em alguns casos, esse procedimento pode causar complicações; portanto, um teste não invasivo de acompanhamento pode ser útil para determinar quais pacientes realmente precisam de uma biópsia, diz Bhatia.

“A tomografia computadorizada é uma boa ferramenta que pode ver muitas coisas”, diz ela. “O problema é que 95% do que é encontrado não é câncer, e agora você precisa fazer biópsia de muitos pacientes com resultados positivos”.

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Para personalizar seus sensores para o câncer de pulmão, os pesquisadores analisaram um banco de dados de genes relacionados ao câncer chamado Atlas do Genoma do Câncer e identificaram proteases abundantes no câncer de pulmão. Eles criaram um painel de 14 nanopartículas revestidas de peptídeos que poderiam interagir com essas enzimas.

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Os pesquisadores testaram os sensores em dois modelos diferentes de câncer, ambos projetados com mutações genéticas que os levam a desenvolver naturalmente tumores pulmonares. Para ajudar a prevenir o ruído de fundo que poderia vir de outros órgãos ou da corrente sanguínea, os pesquisadores injetaram as partículas diretamente nas vias aéreas.

Usando esses sensores, os pesquisadores realizaram seu teste de diagnóstico em três momentos: 5 semanas, 7,5 semanas e 10,5 semanas após o início do crescimento do tumor. Para tornar os diagnósticos mais precisos, eles usaram o aprendizado de máquina para treinar um algoritmo para distinguir entre dados de ratos que tinham tumores e ratos que não tinham.

Com essa abordagem, os pesquisadores descobriram que podiam detectar com precisão tumores em um dos modelos de camundongos já em 7,5 semanas, quando os tumores tinham apenas 2,8 milímetros cúbicos, em média. Na outra linhagem de camundongos, os tumores podem ser detectados em 5 semanas. A taxa de sucesso dos sensores também foi comparável ou melhor que a taxa de sucesso das tomografias realizadas nos mesmos momentos.

Reduzindo falsos positivos

Os pesquisadores também descobriram que os sensores têm outra habilidade importante – eles podem distinguir entre câncer em estágio inicial e inflamação não cancerosa dos pulmões. A inflamação pulmonar, comum em pessoas que fumam, é um dos motivos pelos quais as tomografias produzem tantos falsos positivos.

Bhatia prevê que os sensores de nanopartículas possam ser usados ​​como um diagnóstico não invasivo para pessoas que obtêm um resultado positivo em um teste de triagem, potencialmente eliminando a necessidade de uma biópsia. Para uso em humanos, sua equipe está trabalhando em uma forma de partículas que podem ser inaladas como pó seco ou através de um nebulizador. Outra aplicação possível é o uso desses sensores para monitorar a resposta dos tumores pulmonares ao tratamento, como medicamentos ou imunoterapias.

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“Um ótimo próximo passo seria levar isso para pacientes que têm câncer e estão sendo tratados, para ver se estão com o remédio certo”, diz Bhatia.

Ela também está trabalhando em uma versão do sensor que pode ser usada para distinguir entre formas virais e bacterianas de pneumonia, o que pode ajudar os médicos a determinar quais pacientes precisam de antibióticos e até fornecer informações complementares aos testes de ácidos nucléicos, como os desenvolvidos para o Covid -19. A Glympse Bio, empresa co-fundada por Bhatia, também está trabalhando no desenvolvimento dessa abordagem para substituir a biópsia na avaliação da doença hepática.

A pesquisa foi financiada pelo Koch Institute Support (core) Grant do National Cancer Institute, o National Institute of Environmental Health Sciences, a National Science Foundation, o Ludwig Center for Molecular Oncology no MIT, o Marble Institute do Koch Institute for Nanomedicine Cancer, o Programa de Pesquisa Fronteira do Instituto Koch através de um presente do Upstage Lung Cancer e Johnson and Johnson.

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Luiz Presso
Luiz Presso