3D plasmonische koraal nanoarchitectuur voor de diagnose van kanker met behulp van urine

Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Ho Sang Jung van de Surface & Nano Materials Division van het Korea Institute of Materials Science (KIMS), een onderzoeksinstituut onder het ministerie van Wetenschap en ICT, deed gezamenlijk onderzoek met professor Junsuk Rho van POSTECH en professor Samjin Choi van de Kyung Hee University Medical School om metabolieten in urine te vinden en een strip-type urinesensor te ontwikkelen die het lichtsignaal van die metabolieten kan versterken om kanker te diagnosticeren.

Deze technologie kan worden toegepast op de diagnose van prostaatkanker en alvleesklierkanker zonder een aanvullend analyseproces door licht te bestralen in een klein volume (10uL) urine. Het testapparaat is vervaardigd in de vorm van een strip zodat kanker snel en met hoge gevoeligheid kan worden gediagnosticeerd.

Het onderzoeksteam concentreerde zich op het verschil in metabolomische componenten in de urine van kankerpatiënten versus kankervrije patiënten. Wanneer kankercellen zich in het lichaam vermenigvuldigen, scheiden ze verschillende metabolieten af ​​in de urine als gevolg van een abnormaal metabolisme. Om deze te classificeren was dure en grote apparatuur nodig, waardoor de veldtoepassing ter plaatse beperkt was.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een oppervlakte-verbeterde Raman-verstrooiingssensor die het optische signaal van metabolieten in urine meer dan 1 miljard keer versterkt door een koraalvormig plasmonisch nanomateriaal op poreus papier te vormen. Wanneer urine in de sensor valt en licht wordt bestraald, worden signalen van kankermetabolieten versterkt op het sensoroppervlak, waardoor kanker kan worden gediagnosticeerd. Het onderzoeksteam paste een op kunstmatige intelligentie gebaseerde analysemethode toe op het verkregen spectrale signaal en slaagde erin om tot 99% van de prostaatkanker en alvleesklierkanker bij patiënten te onderscheiden.

Een aantal momenteel gebruikte diagnosetechnieken detecteren de aanwezigheid van kanker door middel van bloedonderzoek of radiologische methoden en histologische analyse. Veel mensen proberen het optreden van kanker te volgen door middel van jaarlijkse gezondheidscontroles, maar in veel gevallen wordt kanker laat ontdekt en wordt de behandeling uitgesteld. Deze studie gebruikte urine, een biologisch monster dat gemakkelijk kan worden verkregen. Het kan worden gebruikt voor zowel nieuwe kankerdiagnose door snelle screening van kankerpatiënten ter plaatse als monitoring van recidief na kankerbehandeling. Bovendien, aangezien de productieprijs van de striptype sensor minder dan 100 KRW (ongeveer $ 0,08 USD) per eenheid is, wordt verwacht dat deze kan worden gebruikt voor massa-inspectie.

Senior onderzoeker Ho Sang Jung, die de leiding heeft over het onderzoek, zei: “In het geval van kanker waarvan de diagnosemethode niet goed bekend is, zoals alvleesklierkanker, is het moeilijk te detecteren en is het overlevingspercentage na de eerste diagnose laag. Het is bekend dat in Korea elke dag 14 patiënten met alvleesklierkanker overlijden, en de economische kosten per persoon bedragen ongeveer 63 miljoen won per jaar.

“Aangezien vroege diagnose het belangrijkst is voor ongeneeslijke ziekten zoals kanker, verwachten we dat deze technologie een nieuwe diagnostische methode zal bieden.”

De onderzoeksresultaten zijn op 9 januari in Biosensoren en bio-elektronica. Het onderzoeksteam heeft gerelateerde patenten aangevraagd in Korea en de Verenigde Staten.

Momenteel verhoogt het team geleidelijk de soorten kanker die kunnen worden gediagnosticeerd door de urine van colorectale kanker- en longkankerpatiënten te analyseren.