Met behulp van een handheld moleculaire beeldvormingsapparaat in combinatie met magnetische nanodeeltjes en een smartphone, een team van onderzoekers van het Massachusetts General Hospital en de Harvard Medical School heeft een snelle, draagbare en potentieel goedkope methode voor het opsporen van kanker uit menselijke biopsiemonsters. De eerste resultaten die zijn verkregen met behulp van biopsieën die zijn genomen bij menselijke kankerpatiënten, tonen aan dat dit apparaat de traditionele pathologische methoden overtreft, zowel in termen van snelheid als diagnostische nauwkeurigheid.

Ralph Weissleder, co-hoofdonderzoeker van het MIT-Harvard Center for Cancer Nanotechnology Excellence, leidde dit ontwikkelingsproject. Hij en zijn collega's publiceerden de resultaten van hun werk in het tijdschrift Wetenschap Translationele geneeskunde .

Typisch, kanker wordt gediagnosticeerd door het verzamelen van menselijke weefselmonsters, ofwel operatief verwijderd of via een fijne naald ingebracht in een knobbel, en het verzenden van de monsters naar een histopathologisch laboratorium, waar in de loop van meerdere dagen het monster wordt geanalyseerd met behulp van verschillende weefselvlekken die cellulaire kenmerken benadrukken die kenmerkend zijn voor tumoren voor visualisatie onder een microscoop. Een dergelijke analyse is niet alleen tijdrovend, het is op zijn best semi-kwantitatief en vereist de technische expertise van een getrainde patholoog.

De nieuwe benadering van kankerdiagnose, ontwikkeld door Dr. Weissleder en zijn medewerkers, is gebaseerd op de voortreffelijke gevoeligheid die wordt geboden door kernmagnetische resonantiespectroscopie (NMR), een analytische techniek die routinematig door chemici wordt gebruikt om complexe moleculen te karakteriseren en een techniek die de basis vormt van magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Maar in plaats van een standaard te gebruiken, tafelformaat NMR-machine, het Mass General-team heeft een veel goedkopere handheld NMR-machine ontworpen en gebouwd die een interface heeft met een microfluïdisch apparaat en de resultaten naar een smartphone stuurt, die ook wordt gebruikt om het apparaat te bedienen. Het apparaat kan de aanwezigheid van meerdere magnetische nanodeeltjes detecteren, elk ontworpen om te binden aan een specifieke tumor-geassocieerde moleculaire marker.

In de eerste evaluatieronde de onderzoekers analyseerden fijne naaldbiopten van 50 patiënten die verdacht werden van kwaadaardige abdominale tumoren. Na een snelle voorbereidende stap, de suspensie van cellen uit de biopsie werd behandeld met een mengsel van magnetische nanodeeltjes, elk ontworpen om te binden aan een van de negen specifieke kankerbiomarkers, en vervolgens geïnjecteerd in de microfluïdische kanalen van het apparaat. Gegevenssignalen van de microNMR-machine werden draadloos naar een smartphone gestuurd voor analyse en uitlezing. Het instrument identificeerde correct alle 44 monsters die volgens standaard histopathologie als kwaadaardig waren gediagnosticeerd.

Op basis van de gegevens die in deze eerste reeks experimenten zijn gegenereerd, de onderzoekers analyseerden fijne naaldbiopten van nog eens 20 patiënten met behulp van slechts vier van de gelabelde nanodeeltjes. De resultaten van dit experiment waren nog beter, met een diagnostische nauwkeurigheid van 96%, ver boven de 84% nauwkeurigheid van histopathologie, de gouden standaard voor de diagnose van kanker. Bovendien, het microNMR-smartphoneapparaat geeft binnen een uur een diagnose, vergeleken met drie dagen om resultaten van histopathologie te verkrijgen.

Dit werk, die gedetailleerd wordt beschreven in een document met de titel, "Micro-NMR voor snelle moleculaire analyse van menselijke tumormonsters, " werd gedeeltelijk ondersteund door de NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer, een alomvattend initiatief dat is ontworpen om de toepassing van nanotechnologie op de preventie te versnellen, diagnose, en behandeling van kanker. Een samenvatting van dit artikel is beschikbaar op de website van het tijdschrift.