Рак можно обнаружить по анализу мочи: новый метод с нанопроволоками

Рак — одна из главных причин смертности в мире, и часто его обнаруживают слишком поздно. Чем раньше поставить диагноз, тем выше шансы на успешное лечение. Учёные со всего мира ищут простые и неинвазивные способы выявления рака на ранних стадиях. И похоже, японские исследователи нашли многообещающий подход: они научились «ловить» молекулы рака в моче с помощью крошечных нанопроволок.

Что такое miRNA и при чём тут рак?

Внутри наших клеток есть маленькие молекулы — микроРНК (miRNA). Они не кодируют белки, но управляют работой генов. При раке состав этих молекул меняется: опухолевые клетки выделяют особые miRNA, которые помогают им расти и размножаться. Эти «плохие» miRNA попадают в кровь и другие жидкости организма, включая мочу. Если их удаётся обнаружить, можно заподозрить рак.

Проблема в том, что miRNA в крови «спрятаны» внутри крошечных пузырьков — внеклеточных везикул (EVs). Извлечь их оттуда и проанализировать — непростая задача. Но команда профессора Takao Yasui изInstitute of Science Tokyo (Science Tokyo) нашла элегантное решение.

Как работают нанопроволоки?

Учёные использовали нанопроволоки из оксида цинка (ZnO). Представьте себе ёршик для бутылок, только в миллион раз меньше. Эти нанопроволоки «вылавливают» из мочи внеклеточные везикулы вместе с их miRNA. Затем с помощью специального микрочипа (микроаррей) определяют, какие именно miRNA попались в ловушку.

Исследователи проверили метод на 200 образцах мочи. Оказалось, что нанопроволоки отлично захватывают даже самые маленькие везикулы — экзосомы (размером от 40 до 200 нанометров). Всего удалось обнаружить 2 486 различных miRNA! Это говорит о том, что многие miRNA из крови проходят через почки и оказываются в моче.

Главное открытие: «ансамбль» из 53 miRNA

Но просто найти много miRNA — полдела. Нужно понять, какие из них указывают на рак. Для этого учёные применили машинное обучение (ML). Они обучили алгоритм (логистическую регрессию) различать образцы мочи здоровых людей и пациентов с раком лёгкого.

Результат впечатляет: алгоритм выделил ансамбль из 53 miRNA, который с очень высокой точностью отличает рак от нормы. Более того, этот же ансамбль позволяет выявитьрак лёгкого на первой стадии — когда опухоль ещё маленькая и лечение наиболее эффективно.

Что это значит для нас?

Если технологию доведут до ума, у нас появится простой и безболезненный тест на рак — достаточно сдать мочу. Никаких игл, биопсий или облучения. Особенно важно, что тест чувствителен к ранним стадиям, когда рак ещё не дал симптомов.

Конечно, до внедрения в клинику предстоит ещё много работы: нужно проверить метод на больших группах людей, для разных видов рака. Но сам подход — нанопроволоки + анализ miRNA + машинное обучение — выглядит очень перспективно. Возможно, через несколько лет анализ мочи на рак станет таким же обычным делом, как общий анализ крови.