Diagnostyka raka płuc może wkroczyć w nową erę dzięki wynalazkowi dr. Amila Aligayeva z Centrum Doskonałości NOMATEN w Narodowym Centrum Badań Jądrowych, opracowanemu we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Południowo-Wschodniego w Chinach i Politechniki Warszawskiej. Nowy biosensor oparty na analizie oddechu pacjenta wykrywa charakterystyczny biomarker – heksanal – z niespotykaną dotąd czułością. Urządzenie ma potencjał, by stać się tanim, nieinwazyjnym i dostępnym narzędziem do wykrywania raka płuc we wczesnym stadium.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa nowy biosensor opracowany przez naukowców z NCBJ, Politechniki Warszawskiej i Chin.
- Dlaczego heksanal w oddechu może być kluczowym biomarkerem raka płuc.
- Jak technologia SERS i detekcja kolorymetryczna pozwalają wykryć nowotwór bezinwazyjnie.
- W jaki sposób sztuczna inteligencja analizuje wyniki sensora w czasie rzeczywistym.
Rak płuc nadal diagnozowany zbyt późno
Mimo postępów w diagnostyce obrazowej rak płuc wciąż często rozpoznawany jest dopiero na etapie zaawansowanym. Wczesne fazy choroby zwykle nie dają wyraźnych objawów, a standardowe badania – jak RTG czy TK – nie zawsze umożliwiają wykrycie zmian w odpowiednim momencie. Potrzebne są nowe narzędzia, które pozwolą identyfikować nowotwory na poziomie biochemicznym, zanim rozwiną się w zmiany widoczne w badaniach obrazowych.
Heksanal – obiecujący biomarker w oddechu
Zespół dr. Aligayeva skupił się na wykrywaniu heksanalu – aldehydu, którego stężenie we wdychanym powietrzu jest istotnie wyższe u pacjentów z rakiem płuc. To właśnie ten związek stał się podstawą do opracowania biosensora analizującego lotne związki organiczne (VOCs) obecne w oddechu.
Nowatorski sensor: kolor i światło zamiast igieł
Opracowane urządzenie wykorzystuje efekt wzmocnionego rozpraszania Ramana (surface enhanced Raman scattering, SERS) oraz detekcję kolorymetryczną. Biosensor składa się z hydrożelu z nanosześcianami srebra i warstwą wodorotlenku kobaltu i niklu (AgNCs@Co-Ni LDH), a do detekcji heksanalu użyto związku MBTH (hydrazon 3-metylo-2-benzotiazolinonu). Co istotne – po kontakcie z biomarkerem sensor zmienia kolor na niebieski, co pozwala na jego użycie zarówno w laboratorium, jak i w warunkach mobilnych.
W testach sensor wykazał wyjątkową czułość – możliwe było wykrycie heksanalu na poziomie 3×10⁻¹³ M, a zmiana koloru widoczna była już przy stężeniu rzędu 10⁻¹¹ M. Dodatkowo, cechuje go wysoka selektywność, powtarzalność i stabilność – a także właściwości antybakteryjne.
Dzięki elastycznej formie hydrożelu sensor może zostać wbudowany np. w maseczkę. Rozwiązanie przetestowano w grupie pacjentów z rakiem płuc oraz w grupie kontrolnej. Wyniki wykazały jednoznaczne różnice zarówno w odczycie SERS, jak i wizualnym. Tym samym sensor łączy w sobie cechy testu przesiewowego i narzędzia diagnostycznego.
Wsparcie AI: analiza koloru z poziomu smartfona
Zespół badawczy stworzył także system ColorSeek – oprogramowanie oparte na konwolucyjnej sieci neuronowej, które analizuje zmiany barwy sensora z użyciem kamery smartfona lub komputera. Skuteczność modelu przekracza 95%, co może przyspieszyć analizę w warunkach klinicznych i pozaszpitalnych.
Badania dostępne są w Chemical Engineering Journal w artykule: “Dual-mode SERS and colorimetric sensor for lung cancer VOC-biomarker detection using hydrogel patches” (https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168343).
Główne wnioski
- Biosensor opracowany przez zespół z NCBJ umożliwia wykrywanie heksanalu w oddechu pacjentów z rakiem płuc z czułością sięgającą 3×10⁻¹³ M.
- Technologia łączy metody SERS i kolorymetrii, dzięki czemu zmiany w próbce można zarejestrować zarówno instrumentalnie, jak i wizualnie – gołym okiem.
- Biosensor na bazie hydrożelu (AgNCs@Co-Ni LDH) może być stosowany w formie urządzenia noszonego, np. maseczki, a jego działanie potwierdzono w testach klinicznych.
- System ColorSeek z AI analizuje zmiany barwy sensora z dokładnością przekraczającą 95%, co otwiera drogę do mobilnej, nieinwazyjnej diagnostyki raka płuc.
Źródło:
- NCBJ
