Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Ho Sang Jung von der Abteilung für Oberflächen- und Nanomaterialien des Korea Institute of Materials Science (KIMS), einem Forschungsinstitut des Ministeriums für Wissenschaft und IKT, führte gemeinsame Forschungen mit Professor Junsuk Rho von POSTECH und Professor durch Samjin Choi von der Kyung Hee University Medical School, um Metaboliten im Urin zu finden und einen streifenförmigen Urinsensor zu entwickeln, der das Lichtsignal dieser Metaboliten verstärken kann, um Krebs zu diagnostizieren.
Diese Technologie kann auf die Diagnose von Prostatakrebs und Bauchspeicheldrüsenkrebs ohne einen zusätzlichen Analyseprozess angewendet werden, indem Licht in ein kleines Volumen (10 ul) Urin eingestrahlt wird. Das Testgerät wird in Form eines Streifens hergestellt, so dass Krebs schnell und mit hoher Sensitivität diagnostiziert werden kann.
Das Forschungsteam konzentrierte sich auf den Unterschied der metabolomischen Komponenten im Urin von Krebspatienten im Vergleich zu krebsfreien Patienten. Wenn sich Krebszellen im Körper vermehren, scheiden sie aufgrund eines abnormalen Stoffwechsels verschiedene Metaboliten in den Urin aus. Um diese zu klassifizieren, war eine teure und große Ausrüstung erforderlich, was die Feldanwendung vor Ort einschränkte.
Das Forschungsteam entwickelte einen oberflächenverstärkten Raman-Streusensor, der das optische Signal von Metaboliten im Urin mehr als 1 Milliarde Mal verstärkt, indem er ein korallenförmiges plasmonisches Nanomaterial auf porösem Papier bildet. Wenn Urin in den Sensor getropft und Licht eingestrahlt wird, werden die Signale von Krebsmetaboliten auf der Sensoroberfläche verstärkt, was die Diagnose von Krebs ermöglicht. Das Forschungsteam wendete eine auf künstlicher Intelligenz basierende Analysemethode auf das erfasste Spektralsignal an und konnte bei Patienten bis zu 99 % von Prostatakrebs und Bauchspeicheldrüsenkrebs unterscheiden.
Eine Reihe derzeit verwendeter Diagnosetechniken weist das Vorhandensein von Krebs durch Blutuntersuchungen oder radiologische Verfahren und histologische Analysen nach. Viele Menschen versuchen, das Auftreten von Krebs durch jährliche Gesundheitsuntersuchungen zu verfolgen, aber in vielen Fällen wird Krebs spät erkannt und die Behandlung verzögert. Diese Studie verwendete Urin, eine biologische Probe, die leicht gewonnen werden kann. Es kann sowohl für die Diagnose neuer Krebserkrankungen durch ein schnelles Screening von Krebspatienten vor Ort als auch für die Überwachung von Wiederholungen nach einer Krebsbehandlung verwendet werden. Da der Produktionspreis des Streifensensors weniger als 100 KRW (ungefähr 0,08 USD) pro Einheit beträgt, wird außerdem erwartet, dass er für die Masseninspektion verwendet werden kann.
Der leitende Forscher Ho Sang Jung, der für die Forschung verantwortlich ist, sagte: „Bei Krebsarten, bei denen die Diagnosemethode nicht gut bekannt ist, wie z. B. Bauchspeicheldrüsenkrebs, ist sie schwer zu erkennen und die Überlebensrate nach der Erstdiagnose ist niedrig Es ist bekannt, dass in Korea jeden Tag 14 Patienten mit Bauchspeicheldrüsenkrebs sterben, und die wirtschaftlichen Kosten pro Person betragen etwa 63 Millionen Won pro Jahr.
„Da die Früherkennung bei unheilbaren Krankheiten wie Krebs am wichtigsten ist, erwarten wir von dieser Technologie ein neues Diagnoseverfahren.“
Die Forschungsergebnisse wurden am 9. Januar veröffentlicht Biosensoren und Bioelektronik. Das Forschungsteam hat entsprechende Patente in Korea und den Vereinigten Staaten beantragt.
Derzeit erweitert das Team schrittweise die Krebsarten, die durch die Analyse des Urins von Darmkrebs- und Lungenkrebspatienten diagnostiziert werden können.
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Vo Thi Nhat Linh et al., 3D-Plasmonikkorallen-Nanoarchitekturpapier für die markierungsfreie Erkennung von menschlichem Urin und Deep-Learning-unterstützte Krebsvorsorge, Biosensoren und Bioelektronik (2023). DOI: 10.1016/j.bios.2023.115076
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