研究人员创造了一种新的自动化设备，可以在不到一个小时的时间内诊断出胶质母细胞瘤，这是一种快速发展的且目前无法治疗的脑癌。通常，诊断为胶质母细胞瘤的个体平均生存期为12到18个月。
圣母大学的研究人员创造了一种能够在不到一个小时的时间内诊断胶质母细胞瘤的新的自动化设备，这是一种快速增长且无法治愈的脑癌。平均而言，胶质母细胞瘤患者在被诊断后生存12到18个月。
这种诊断工具利用生物芯片，实施电动反应技术以识别生物标志物，特别是活性的表皮生长因子受体（EGFRs），这些受体在某些癌症（如胶质母细胞瘤）中往往过度表达，并存在于细胞外囊泡中。
“细胞外囊泡，也称为外泌体，是由细胞释放的专门纳米颗粒。它们的大小明显更大——是分子的10到50倍——并且具有轻微的电荷。我们的技术专门设计用来利用这些颗粒特性，”圣母大学化学与生物分子工程的拜耳教授、研究的主要作者张学佳解释道。
研究人员面临两个主要挑战：需要创建一个系统，可以区分活性和非活性的EGFRs，并设计一种可以可靠检测从血样中提取的细胞外囊泡上活性EGFRs的诊断技术。
为了解决这些问题，研究人员开发了一种生物芯片，具有一种成本效益高的电动传感器，大小大约与圆珠笔的笔头相当。由于细胞外囊泡较大，附加在传感器上的抗体可以与单个细胞外囊泡形成多个连接，从而增强检测的灵敏度和特异性。
合成二氧化硅纳米颗粒表明在收集的细胞外囊泡上存在活性EGFRs，同时发出强烈的负电荷。当检测到活性EGFRs时，电压的变化表明患者存在胶质母细胞瘤。
这种电荷传感技术减少了现有传感器技术中常见的干扰，这些技术依赖于电化学反应或荧光检测。
“我们的电动传感器使我们能够执行其他诊断方法无法实现的功能，”研究助理教授萨提亚乔提·森帕提说。 “我们可以直接加载血液样本，而无需进行预处理以分离细胞外囊泡，因为我们的传感器不受其他颗粒或分子的影响，显著降低了噪声并提高了与现有技术相比的疾病检测灵敏度。”
该设备包括三个组成部分：自动化接口、准备材料进行测试的原型便携式机器以及生物芯片本身。每次测试使用新的生物芯片，但自动化接口和原型可以重复使用。
一次测试的运行时间少于一个小时，只需100微升的血液。每个生物芯片的生产成本不到2美元。
虽然该诊断设备主要设计用于胶质母细胞瘤，研究人员相信它可以被修改用于检测其他类型的生物纳米颗粒。这种适应性可能有助于识别与其他健康问题相关的各种生物标记物。张学佳提到，团队正在研究该技术用于诊断胰腺癌以及心血管疾病、痴呆和癫痫等情况。
“尽管我们的方法并非仅限于胶质母细胞瘤，但由于其严重性和早期筛查选项的短缺，从这种癌症开始尤其合适，”张学佳表示。“我们希望改善早期检测能够提高生存率。”
用于测试该设备的血样由位于澳大利亚墨尔本的奥利维亚·牛顿-约翰癌症研究所脑癌研究中心提供。
除了张学佳和森帕提之外，其他合作者包括圣母大学的前博士后研究员纳林·曼尼亚和索努·库马尔；范德比尔特大学的杰弗里·富兰克林、詹姆斯·希金博瑟姆和罗伯特·科菲；以及奥利维亚·牛顿-约翰癌症研究所和拉筹伯大学的安德鲁·斯科特和桂辉。国家卫生研究院共同基金为本研究提供了资金。
