Pulzáló infravörös fény a rákdiagnosztikában

Az ACS Publications folyóiratban április 9-én jelent meg a Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) kutatóinak cikke, amelyben egy olyan noninvazív rákdiagnosztikai módszer fejlesztéséről számoltak be, amely ultrarövid pulzáló infravörös fény segítségével a vérplazmából képes kimutatni az egyes ráktípusokra jellemző “ujjlenyomatot”.

A rák diagnosztizálásához hagyományosan invazív vagy munkaigényes eljárásokra, például szövetbiopsziára van szükség. A most közzétett cikk egy olyan módszert mutat be, amely bizonyos gyakori rákos megbetegedések jelenlétét a vérplazma molekuláris profiljainak azonosításán keresztül képes megvalósítani. A proof-of-concept tanulmányban több mint 2000 ember vérplazmáját elemezték, és azt vizsgálták, hogy találhatók-e olyan molekuláris mintázatok, amelyek a tüdőrákkal, prosztatarákkal, emlőrákkal vagy húgyhólyagrákkal asszociálhatók, csak rájuk jellemzők.

A vérplazma a vér folyékony, sejtektől megfosztott része. Feladata, hogy különböző molekulákat, például fehérjéket, metabolitokat, lipideket és sókat szállítson a szervezetben. A vérplazma által szállított egyes molekulák pedig potenciálisan fennálló betegségeket tükrözhetnek - a prosztata-specifikus antigén szokatlanul magas szintjét például a prosztatarák szűrésére használják.

Elméletileg egy olyan orvosi teszt, amely molekulák széles skáláját méri, azonosíthatná a különböző rákos megbetegedésekre jellemző mintázatot, ami egyrészt a jelenlegi módszereknél gyorsabb diagnózishoz vezethetne, másrészt jelentősen csökkenthetné a szűrővizsgálatok költségeit is. A rákos betegségek árulkodó kémiai mintázatainak keresésére Mihaela Žigman és munkatársai a lézer alapú elektromos mezős molekuláris ujjlenyomatvétel (laser-based electric-field molecular fingerprinting) nevezett technikát tesztelték, amely pulzáló infravörös fényt használ a vérplazma molekulaösszetételének profilozására.

A kutatók először is ultrarövid infravörös fénysugarakat irányítottak a mintára, amelyek a plazmán áthaladva spektroszkópos profilokat hoztak létre. Minden egyes minta esetében rögzítették a plazmában lévő molekulaelegy által kibocsátott fénymintázatot, az úgynevezett „infravörös molekuláris ujjlenyomatot”.

A kutatók a rákos betegek és nem rákos személyek összetett mintázatainak felhasználásával egy gépi tanulási modellt tanítottak meg a négy ráktípussal összefüggésbe hozható molekuláris jelek azonosítására. A számítógépes modellt a résztvevők mintáinak egy külön részhalmazán tesztelték, hogy lássák, mennyire jól teljesít a modell az ismeretlen eredetű mintákon.

Az analitikai technika meggyőző pontosságot mutatott (akár 81%-os pontosságot) a tüdőrák-specifikus infravörös mintázatok felismerésében a nem rákos (kontroll) mintáktól való megkülönböztetésében. A számítógépes modell teljesítménye azonban a másik három rákos megbetegedés (prosztata-, emlő-, és húgyhólyagrák) felismerésében alacsonyabb sikerességi arányt mutatott.

A jövőben a kutatók célja a módszer kiterjesztése és tesztelése további ráktípusok és más egészségügyi állapotok azonosítására.

”További technológiai fejlesztésekkel és a klinikai vizsgálatok során elvégzett független validálással ez a módszer jól általánosítható alkalmazásokat eredményezhet, és könnyen átültethetővé válhat a klinikai gyakorlatba, ami előrelépést jelenthet a rák diagnosztizálásának és szűrésének mai módjában.” - összegzett Mihaela Žigman, a kutatás vezetője.

Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:

Using pulsed infrared light to find cancer's 'fingerprints' in blood plasma

Electric-Field Molecular Fingerprinting to Probe Cancer

Irodalmi hivatkozás:

Electric-Field Molecular Fingerprinting to Probe Cancer, ACS Central Science (2025). DOI: 10.1021/acscentsci.4c02164