Их работа, описанная в статье, опубликованной на этой неделе в журнале Review of Scientific Instruments от AIP Publishing, демонстрирует потенциал устройства для использования в качестве алкотестера для раннего обнаружения рака легких — возможно, безопасного и эффективного метода обнаружения рака. рано, что может спасти жизни.По словам исследователей, результаты лабораторных исследований многообещающие, но устройству еще предстоит доказать свою эффективность в клинических испытаниях, прежде чем оно будет широко применяться в качестве диагностического инструмента.«Наши результаты показывают, что устройство может распознавать различные виды и концентрации летучих органических соединений, связанных с раком, с точностью почти 100%», — сказал Цзинь-кан Лей, главный исследователь и постдок из Колледжа оптоэлектронной инженерии Чунцинского университета. «Это также был бы быстрый метод, так как весь процесс обнаружения в нашем эксперименте занимает всего около 20 минут».Основанное на небольшой круглой пластине, называемой массивом флуоресцентных перекрестно-чувствительных датчиков, специально разработанной вращающейся газовой камере и системе сбора и обработки данных, устройство может обнаруживать газы, связанные с раком легких, при очень низкой концентрации, или ниже 50 частей на миллиард ( ppb), что свидетельствует о возможности выявления рака легких на ранней стадии. — сказал Лей.
Частей на миллиард — это техническая единица, используемая для описания загрязняющих веществ с очень низкой концентрацией, количество одной части на миллиард можно представить как одну щепотку соли на 10 тонн картофельных чипсов.«Таким образом, имея полную базу данных флуоресцентных изображений всех газов, связанных с раком легких, это устройство можно использовать для идентификации и количественной оценки различных газов, характерных для рака легких, из выдыхаемого людьми воздуха», — сказал Чан-Цзюнь Хоу, руководитель группы и профессор. из Колледжа биоинженерии Чунцинского университета. «Это может привести к простому быстрому алкотестеру для ранней диагностики рака легких».Распространенный первичный ракПо данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), рак легких является одним из наиболее распространенных видов рака как у мужчин, так и у женщин, на него в 2012 году во всем мире пришлось 1,8 миллиона новых случаев заболевания и 1,6 миллиона случаев смерти.
В Соединенных Штатах — число умерших людей. от рака легких ежегодно неуклонно увеличивалось за последние 15 лет до 159 260 человек в 2014 году, а количество смертей среди женщин продолжает расти, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC). Частично проблема заключается в том, что рак легких, как правило, является смертельной формой рака, поэтому, несмотря на то, что каждый год у большего числа американцев диагностируется рак груди или простаты по сравнению с раком легких, гораздо больше людей умирает от рака легких.Скрининг рака может быть важным инструментом для предотвращения смерти от рака, позволяя врачам выявлять его на ранней стадии, когда он более поддается лечению. Но хотя уже существуют способы скрининга на рак легких, существует острая потребность в еще более безопасных и эффективных методах, позволяющих спасти еще больше жизней.
В настоящее время врачи могут выявлять рак легких на самых ранних стадиях с помощью таких методов, как компьютерная томография, и показано, что компьютерная томография снижает смертность от рака легких среди заядлых курильщиков. Но нет простых, безопасных и эффективных методов, которые могут обнаружить рак легких на ранней стадии, сказал Лей.По словам Лея, большое количество исследований показало, что некоторые виды летучих органических соединений, образующиеся в результате окисления ненасыщенной жирной кислоты при канцерогенезе, появляются только в выдыхаемом воздухе людей с раком легких, что повышает вероятность того, что эти соединения могут быть использованы. в качестве биомаркеров для выявления рака.
Команда Хоу спроектировала и изготовила газовый детектор, связанный с раком, ключевой функциональной частью которого является небольшая (диаметром около 50 миллиметров) круглая пластина — технически флуоресцентная матрица перекрестно-чувствительных датчиков. Датчик состоит из одноразового набора с 35 химически реагирующими точками, равномерно расположенными по краю датчика. Затем пятна заполняются семью различными типами синтезированных в лаборатории чувствительных материалов (порфирином и его производными) в качестве сенсорных элементов.Когда сенсор подвергается воздействию определенных аналитов или летучих органических соединений и взаимодействует с ними, эффекты флуоресценции сенсорных элементов изменяются.
Собирая спектр флуоресцентного излучения матрицы сенсоров до и после реакции, исследователи могут в конечном итоге получить характеристику чувствительного спектра для каждого аналита.По словам Хоу, система основана на флуоресцентном перекрестно-чувствительном механизме, что означает, что вместо того, чтобы реагировать конкретным сенсорным элементом на конкретный аналит, вся матричная система будет создавать составную и отчетливую картину флуоресцентного отклика, уникальную для конкретного аналита, точно так же, как предоставление «отпечатков пальцев» для аналитов.В экспериментах Лей и его коллеги выбрали четыре типа летучих органических соединений, связанных с раком легких, называемых п-ксилолом, стиролом, изопреном и гексаном, которые равномерно распределяются в специально разработанной вращающейся газовой камере в каждой чувствительной точке массива датчиков. Источник света, содержащий три лазера с разными длинами волн, используется для возбуждения флуоресцентных спектров массива, которые позже собираются и анализируются системой обработки данных для получения уникального спектра для каждого газа.
Извлекая характеристическую матрицу спектров и сравнивая с существующей флуоресцентной базой данных, исследователи могут идентифицировать и количественно определять конкретный газ.«Эксперимент показывает, что флуоресцентный перекрестно-чувствительный датчик может точно различать четыре связанных с раком газа и различать концентрации газов в диапазоне от 50 до 500 частей на миллиард», — сказал Лей, что указывает на еще одно возможное применение для определения стадии рака.
Следующим шагом исследования, добавил Хоу, будет усовершенствование метода и создание полной флуоресцентной базы данных для газов, связанных с раком легких.