Η νέα πλατφόρμα μπορεί να ανιχνεύσει ίχνη microRNA από μια σταγόνα αίματος με ακρίβεια που αγγίζει το 99%
Η έγκαιρη διάγνωση παραμένει ένα από τα πιο κρίσιμα ζητήματα στην ιατρική. Όσο νωρίτερα εντοπιστεί μια ασθένεια, τόσο μεγαλύτερες είναι οι πιθανότητες επιτυχούς αντιμετώπισης. Σε αυτό το πλαίσιο, επιστήμονες του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Nanyang (NTU Singapore) παρουσίασαν στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Materials μια νέα βιοαισθητήρα πλατφόρμα που συνδυάζει νανοφωτονικό τσίπ με τεχνητή νοημοσύνη για την ανίχνευση microRNA, μικροσκοπικών γενετικών δεικτών που συνδέονται με καρδιαγγειακές παθήσεις, καρκίνο, νευροεκφυλιστικές διαταραχές και μεταβολικές νόσους.
Τα microRNA είναι κοντά μόρια RNA που ρυθμίζουν γονίδια στον οργανισμό. Η σημασία τους αναγνωρίστηκε επίσημα το 2024, όταν η ανακάλυψη του ρόλου τους στη γονιδιακή ρύθμιση τιμήθηκε με Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής. Οι αλλαγές στα επίπεδά τους αποτελούν ενδείξεις παθολογικών διεργασιών, γεγονός που τα καθιστά πολύτιμους βιοδείκτες για πρώιμη διάγνωση.
Το πρόβλημα είναι ότι ανιχνεύονται πολύ δύσκολα, καθώς είναι εξαιρετικά μικρά, απαντώνται σε πολύ μικρές ποσότητες, και συγγενικά microRNA μοιράζονται παρόμοιες αλληλουχίες, γεγονός που δυσχεραίνει τη διαφοροποίησή τους. Η τρέχουσα μέθοδος αναφοράς, η PCR (αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης), απαιτεί ώρες επεξεργασίας και πολύπλοκη προετοιμασία δείγματος. Το νέο βιοτσίπ μειώνει αυτόν τον χρόνο σε 20 λεπτά.
Πώς λειτουργεί η νέα τεχνολογία
Ο πυρήνας της εφεύρεσης είναι μια νανοκοιλότητα, μια μικροσκοπική δομή παγίδευσης φωτός, εκατοντάδες φορές μικρότερη από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας. Η κοιλότητα λειτουργεί σαν σπήλαιο επενδυμένο με καθρέφτες: όταν ένα microRNA-στόχος συνδέεται με την ανιχνευτική ανιχνεύτρια, το φθορίζον σήμα που εκπέμπεται ενισχύεται σημαντικά, επιτρέποντας την ανίχνευση ακόμα και μεμονωμένων μορίων microRNA.
Το σύστημα δεν χρειάζεται ενίσχυση του σήματος όπως η PCR, ούτε επισημασμένες ανιχνεύτριες όπως τα συμβατικά κιτ υβριδισμού. Απλώς μια σταγόνα αίματος φορτώνεται στο τσίπ, και ένα βαθύ νευρωνικό δίκτυο τεχνητής νοημοσύνης (μοντέλο Mask R-CNN) αναλύει αυτόματα χιλιάδες σήματα microRNA σε ένα μόνο ψηφιακό στιγμιότυπο, αναγνωρίζοντας και ταξινομώντας τους διαφορετικούς τύπους χωρίς χειροκίνητη καταμέτρηση. Η ακρίβεια αναγνώρισης ξεπερνά το 99%.
Σε πρακτικές δοκιμές, το σύστημα ανίχνευσε επιτυχώς τρία microRNA που συνδέονται με τον μη μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα από εκχυλίσματα κυττάρων, χωρίς προκαταρκτική επεξεργασία του δείγματος.
