Chẩn đoán mới dựa trên các cảm biến nano ở dạng ống hít hoặc máy phun sương. Nếu các cảm biến gặp phải các protein liên quan đến ung thư trong phổi, chúng sẽ tạo ra tín hiệu tích tụ trong nước tiểu, nơi tín hiệu có thể được phát hiện bằng một que thử bằng giấy đơn giản.

Cách tiếp cận này có khả năng thay thế hoặc bổ sung tiêu chuẩn vàng hiện nay để chẩn đoán ung thư phổi, chụp cắt lớp vi tính liều thấp (CT). Các nhà nghiên cứu cho biết, nó có thể có tác động đặc biệt đáng kể ở các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình, nơi không có máy quét CT rộng rãi.

Để giúp chẩn đoán ung thư phổi càng sớm càng tốt, lực lượng đặc nhiệm Dịch vụ phòng ngừa Hoa Kỳ khuyến nghị những người nghiện thuốc lá nặng trên 50 tuổi nên chụp CT hàng năm. Tuy nhiên, không phải tất cả mọi người trong nhóm mục tiêu này đều nhận được các bản quét này và tỷ lệ dương tính giả cao của các lần quét có thể dẫn đến các xét nghiệm xâm lấn, không cần thiết.

Bhatia đã dành thập kỷ qua để phát triển các cảm biến nano để sử dụng trong chẩn đoán ung thư và các bệnh khác, và trong nghiên cứu này, cô và các đồng nghiệp đã khám phá khả năng sử dụng chúng như một giải pháp thay thế dễ tiếp cận hơn cho việc sàng lọc ung thư phổi bằng CT.

Các phiên bản cảm biến trước đây nhắm vào các vị trí ung thư khác như gan và buồng trứng, được thiết kế để tiêm tĩnh mạch. Để chẩn đoán ung thư phổi, các nhà nghiên cứu muốn tạo ra một phiên bản có thể hít vào, giúp triển khai dễ dàng hơn ở những nơi có nguồn lực thấp.

Để đạt được điều đó, các nhà nghiên cứu đã tạo ra hai công thức hạt: một dung dịch có thể được tạo khí dung và phân phối bằng máy phun sương, và một loại bột khô có thể được phân phối bằng ống hít.

Khi các hạt đến phổi, chúng sẽ được hấp thụ vào mô, nơi chúng gặp bất kỳ protease nào có thể có. Tế bào người có thể biểu hiện hàng trăm loại protease khác nhau và một số trong số chúng hoạt động quá mức trong các khối u, nơi chúng giúp các tế bào ung thư thoát khỏi vị trí ban đầu bằng cách cắt đứt các protein của ma trận ngoại bào. Những protease gây ung thư này tách mã vạch DNA khỏi cảm biến, cho phép mã vạch lưu thông trong máu cho đến khi chúng được bài tiết qua nước tiểu.

Trong các phiên bản trước của công nghệ này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng phép đo phổ khối để phân tích mẫu nước tiểu và phát hiện mã vạch DNA. Tuy nhiên, phép đo khối phổ yêu cầu thiết bị có thể không có sẵn ở những khu vực có nguồn lực hạn chế, vì vậy đối với phiên bản này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một xét nghiệm, cho phép phát hiện mã vạch bằng dải thử nghiệm trên giấy.

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế dải thử nghiệm này để phát hiện tối đa bốn mã vạch DNA khác nhau, mỗi mã vạch cho biết sự hiện diện của một protease khác nhau. Không cần xử lý trước hoặc xử lý mẫu nước tiểu và có thể đọc kết quả khoảng 20 phút sau khi lấy mẫu.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống chẩn đoán của họ trên những con chuột được biến đổi gen để phát triển các khối u phổi tương tự như những khối u gặp ở người. Các cảm biến được sử dụng 7,5 tuần sau khi khối u bắt đầu hình thành, thời điểm có thể tương quan với bệnh ung thư giai đoạn 1 hoặc 2 ở người.

Trong loạt thí nghiệm đầu tiên trên chuột, các nhà nghiên cứu đã đo mức độ của 20 cảm biến khác nhau được thiết kế để phát hiện các protease khác nhau. Sử dụng thuật toán học máy để phân tích những kết quả đó, các nhà nghiên cứu đã xác định được sự kết hợp của bốn cảm biến được dự đoán là sẽ cho kết quả chẩn đoán chính xác. Sau đó, họ đã thử nghiệm sự kết hợp đó trên mô hình chuột và phát hiện ra rằng nó có thể phát hiện chính xác các khối u phổi ở giai đoạn đầu.

Các nhà nghiên cứu cho biết, để sử dụng ở người, có thể cần nhiều cảm biến hơn để đưa ra chẩn đoán chính xác, nhưng điều đó có thể đạt được bằng cách sử dụng nhiều dải giấy, mỗi dải giấy phát hiện bốn mã vạch DNA khác nhau.

Các nhà nghiên cứu hiện có kế hoạch phân tích các mẫu sinh thiết của con người để xem liệu các tấm cảm biến họ đang sử dụng cũng có tác dụng phát hiện ung thư ở người hay không. Về lâu dài, họ hy vọng sẽ thực hiện được các thử nghiệm lâm sàng trên bệnh nhân. Một công ty có tên Sunbird Bio đã tiến hành thử nghiệm giai đoạn 1 trên một cảm biến tương tự do phòng thí nghiệm của Bhatia phát triển, để sử dụng trong chẩn đoán ung thư gan và một dạng viêm gan được gọi là viêm gan nhiễm mỡ không do rượu (NASH).

Ở những nơi trên thế giới, mà khả năng tiếp cận máy quét CT bị hạn chế, công nghệ này có thể cải thiện đáng kể trong việc sàng lọc ung thư phổi, đặc biệt là vì kết quả có thể thu được chỉ sau một lần khám.