Nästa generations diagnostik

En av de högre drömmarna med personlig medicin är att upptäcka och eliminera tumörer innan de blir livshotande – innan de ens är synliga på medicinska bilder. Nu ringde en startup i Cambridge, MA Quanterix utvecklar en extremt känslig proteindetektionsteknologi som kan räkna enstaka molekyler – och potentiellt kan upptäcka spårmängder av karakteristiska proteiner som små tumörer släpper ut i blodet.

Lab på ett tips: Brunnar huggna i spetsen av en optisk fiber tillåter forskare att upptäcka enskilda proteiner i blodprover. Varje brunn i denna bild är cirka 2,5 mikrometer i diameter och sitter vid spetsen av en enskild tråd av en optisk fiber.

Utgångspunkten är att få diagnostiken till en så känslig nivå som möjligt, säger David Walt , en kemist och professor vid Howard Hughes Medical Institute vid Tufts University, som utvecklade Quanterix-teknologin. Spårproteiner i blodet kan också avslöja tidiga tecken på hjärtsjukdom, Alzheimers och andra åkommor och möjliggöra icke-invasiv fosterdiagnostik.

Om vi ​​kunde förstå baslinjenivåerna av proteiner i serumet skulle det kunna användas för att spåra en persons integrerade hälsa under livets gång, säger Christopher Love , en kemiteknikprofessor vid MIT som inte är involverad i Quanterix.

Med nuvarande kliniska teknologier kan sjukhuslaboratorier bara upptäcka de mest förekommande proteinerna - bara en fjärdedel av alla de som är kända för att finnas i blodet. Eftersom proteiner finns i blodet i en rad olika koncentrationer som spänner över cirka 16 storleksordningar, maskerar rikligt med proteiner de sällsynta. Det är som att försöka leta efter en lite annorlunda höbit i höstacken, säger Skogsvit , en biologisk ingenjör vid MIT.

Multimedia

• Se proteiner lysa upp inuti en optisk fiber.

Den nuvarande detektionsgränsen är 10 pikogram protein per milliliter blod. Men Walt har utvecklat en detektionsteknik som gör att han kan räkna enskilda proteinmolekyler som finns i blodet med hjälp av specialbehandlade optiska fibrer. En enda optisk fiber är ett knippe som består av tusentals individuella glastrådar, som var och en bär en distinkt ström av ljus. Genom att doppa optiska fibrer i syra etsar Walt dem med tiotusentals mikrobrunnar, en i spetsen av varje tråd. Det gör effektivt varje fiber till ett stort urval av provrör i nanoskala, som var och en sedan beläggs med tusentals proteinfångande antikroppar.

Fiberns spets doppas i en droppe som innehåller ett blodprov och ett proteinrikt enzym. Om proteinet finns i blodet fångat inuti en individuell brunn, kommer det att fångas mellan antikroppen och enzymet som köttet inuti en smörgås. När Walt skickar ljus ner i den optiska fibern genomgår den inklämda antikroppen och enzymet en reaktion som producerar rött eller gult fluorescerande ljus. Ljuset färdas tillbaka upp i den optiska fibern.

Genom att räkna hur många mikrobrunnar som lyser kan Walt bestämma koncentrationen av ett protein i ett blodprov. I ett opublicerat proof-of-princip-experiment säger Walt att hans optiska fibermetod kunde upptäcka en human cancerbiomarkör i koblod i koncentrationer 250 gånger lägre än vad som var möjligt med hjälp av kliniska tekniker.

Så lite är känt om de 800 eller fler återstående blodproteiner som faller under nuvarande detektionsgränser att forskare bara kan spekulera om deras kliniska relevans. Vi pratar med läkare för att ta reda på vad som är vettigt att testa för, säger Walt. När företaget väl har valt målproteiner kommer de att dra på blodprover arkiverade på sjukhus och försöka korrelera proteinnivåer med kliniska resultat. Varje gång en känsligare teknik har blivit tillgänglig har den öppnat upp för ny diagnostik och lett till framsteg inom behandlingen, säger Walt.

Tidig upptäckt kan ha en baksida. Vi vill inte skrämma folk genom att säga till dem: 'Du har en tidig tumör', säger Walt. Det kan vara så att immunförsvaret tar hand om små tumörer. Så alla potentiella biomarkörer måste noggrant valideras. Men även om den nya metoden bara leder till ett test för en enda cancerbiomarkör, hoppas Walt att den kommer att förbättra överlevnaden för ett stort antal människor.

Vi tror att detta har potentialen för att förändra diagnostik, säger Walt.

Dölj