NOWY JORK – Naukowcy niedawno dokonali walidacji szybkiego testu molekularnego, który wykrywa mięsaka Kaposiego, potencjalnie poprawiając przeżywalność pacjentów. Test został przetestowany na dużej próbie pacjentów w Ugandzie przy użyciu niedrogiego izotermicznego instrumentu diagnostycznego. Zespół ma teraz nadzieję na komercjalizację testu i instrumentu, potencjalnie we współpracy z przemysłem.

W badaniu opublikowanym w zeszłym tygodniu w Postępy naukizespół kierowany przez bioinżyniera Davida Ericksona z Cornell University wykazał wykonalność instrumentu do amplifikacji izotermicznej za pośrednictwem pętli (LAMP), nazwanego TINY, w Ugandzie i wykazał, że test ma 97 procent czułości i 92 procent swoistości w porównaniu z patologią w próbce 506 biopsji pacjentów.

„Naszym celem w tym wysiłku było stworzenie systemu, który pozwoliłby na wcześniejszą diagnozę i złapanie tego raka na wcześniejszym etapie” – powiedział Erickson w wywiadzie.

Mięsak Kaposiego często występuje w kontekście zakażenia wirusem HIV, gdzie może powodować purpurowe guzy skóry, jamy ustnej i narządów wewnętrznych. Ten rak charakteryzuje się szczególnie wysokim wskaźnikiem śmiertelności w Afryce Subsaharyjskiej, częściowo z powodu wykrycia go na późniejszych etapach choroby.

Podobnie jak rak szyjki macicy, uważa się, że mięsak Kaposiego jest związany z dość powszechną infekcją wirusową. Wirus, zwany wirusem opryszczki mięsaka Kaposiego (KSHV) lub ludzkim wirusem opryszczki typu 8 (HHV-8), został odkryty i zsekwencjonowany w połowie lat 90. Uważa się, że jest przenoszony w ślinie i działa synergistycznie z HIV-1, prowadząc do zwiększonego powstawania nowotworów.

Zakażenia zarówno KSHV, jak i HIV-1 są częstsze w Afryce Subsaharyjskiej, a mięsak Kaposiego jest również jednym z najczęstszych nowotworów wieku dziecięcego w tym regionie. Ponieważ pacjenci w warunkach ograniczonych zasobów są często diagnozowani w późnych stadiach choroby, wskaźniki śmiertelności z powodu mięsaka Kaposiego są niesamowicie wysokie w porównaniu z resztą świata.

W 2010 roku Erickson rozpoczął współpracę z Ethel Cesarman, członkiem zespołu, który pierwotnie odkrył KHSV. Cesarman pracowała w swoim laboratorium na wydziale patologii Weill Cornell Medicine, aby określić onkogenne sztuczki KHSV i odkryła, że ​​może on powodować inny nowotwór zwany pierwotnym chłoniakiem wysiękowym.

Zespół Ericksona obejmuje teraz także epidemiologa z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco oraz lokalnych ekspertów z Instytutu Chorób Zakaźnych w Kampali w Ugandzie.

Podczas gdy naukowcy początkowo opracowali system zasilany energią słoneczną, który wykonuje PCR z ciągłym przepływem w punkcie końcowym ukierunkowany na KHSV, następnie przeszli do ilościowego oznaczania Tiny Isothermal Nucleic Acid systemlub TINY, przenośny system oparty na LAMPIE.

TINY jest przeznaczony do kompensacji przerw w zasilaniu i może być zasilany energią słoneczną, elektryczną lub cieplną. Do działania wymaga urządzenia peryferyjnego, takiego jak laptop, ale ma wbudowane wzmocnienie i wykrywanie, powiedział Erickson. Ma również solidną chemię testów i ma kilka unikalnych matematycznych poprawek algorytmów w celu zwiększenia dokładności, powiedział.

Przygotowanie próbki do systemu wykonano oddzielnie w Postępy nauki badania, ponieważ skupiono się na wykazaniu, że test KHSV prowadzony w systemie TINY może zapewnić dokładne wyniki i być obsługiwany w ustawieniach o niskich zasobach, powiedział Erickson. Zespół otrzymał również w zeszłym roku 4 miliony dolarów od National Cancer Institute na opracowanie systemu „direct-to-LAMP”, który będzie automatycznie przetwarzał biopsje tkanek, co w przeciwnym razie może zająć do czterech godzin.

Teraz, „w ramach tych wysiłków, rozszerzyliśmy działalność i włączyliśmy 11 innych ośrodków klinicznych w całej Afryce, w tym w Rwandzie, Tanzanii, Botswanie i Malawi” – ​​powiedział.

Potencjalna użyteczność

Wyniki nowego badania są „imponujące”, jak twierdzi Denise Whitby, główna badaczka w Sekcji Onkologii Wirusowej Programu AIDS i Wirusów Raka Narodowego Instytutu Zdrowia Stanów Zjednoczonych, która od wielu lat śledzi rozwój TINY.

Badania epidemiologiczne przeprowadzone przez Whitby i jej współpracowników wykazały, że ponad 90 procent ludzi w Ugandzie jest zarażonych KHSV w wieku dorosłym. „KSHV to starożytny wirus, który ewoluował razem z gatunkiem ludzkim”, powiedziała w e-mailu, ale „wprowadzenie i rozprzestrzenienie się wirusa HIV spowodowało ogromny wzrost przypadków mięsaka Kaposiego w Afryce Subsaharyjskiej, głównie z powodu supresji immunologicznej”.

Whitby powiedział, że prawidłowa diagnoza ma kluczowe znaczenie dla umożliwienia leczenia mięsaka Kaposiego, ale dostęp do patologii jest ograniczony w Afryce Subsaharyjskiej, a około 20 procent przypadków mięsaka Kaposiego jest błędnie diagnozowanych.

Oferując dokładność testów molekularnych przy mniejszym poleganiu na przeszkolonym personelu, „test TINY prawdopodobnie okaże się ogromnym dobrodziejstwem dla klinicystów i pacjentów w krajach o niskich i średnich dochodach” – powiedział Whitby.

Susan Krown, emerytowana profesor w Memorial Sloan Kettering Cancer Center, która badała KHSV w Afryce Subsaharyjskiej, zgodziła się w e-mailu, że szybszy, tańszy i mniej pracochłonny test mógłby pomóc pacjentom w warunkach ograniczonych zasobów.

„Mają jeszcze więcej pracy, aby przetestować urządzenie w terenie, ale myślę, że jest to potencjalnie ważny postęp” – powiedziała.

Krown zwrócił uwagę, że opieka nad HIV jest często zdecentralizowana w Afryce Subsaharyjskiej, a laboratoria patologiczne nie zawsze są w pobliżu. Powiedziała, że ​​nawet jeśli obiekty są dostępne, koszt biopsji i diagnozy patologicznej jest nieosiągalny dla wielu osób w regionie.

Badania przeprowadzone w Kenii i Ugandzie wykazały, że późna diagnoza mięsaka Kaposiego jest powszechna, po części z powodu braku świadomości na temat tej choroby. Przerażeni pacjenci czasami czekają miesiącami po pojawieniu się zmian chorobowych przed wizytą u lekarza, czasami najpierw podejmując tradycyjne praktyki lecznicze. Badanie sugeruje również, że czynniki związane z systemem opieki zdrowotnej i ograniczenia finansowe również opóźniają diagnozę.

„Wielu pacjentów z mięsakiem Kaposiego w zaawansowanym stadium miało zmiany chorobowe przez wiele miesięcy” – powiedział Krown.

Zauważyła jednak, że przydatność kliniczna testu TINY i mięsaka Kaposiego zależy w pewnym stopniu od kosztów i łatwości użytkowania sprzętu.

Podkreśliła, że ​​lokalny personel również musiałby zostać przeszkolony w rozpoznawaniu wczesnych zmian mięsaka Kaposiego i wykonywaniu biopsji. Zwiększona świadomość wśród ogółu populacji jest również niezbędna, aby umożliwić wczesne wykrywanie.

Według American Cancer Society ponad połowa pacjentów z mięsakiem Kaposiego poprawia się po chemioterapii. Rozpoczęcie terapii antyretrowirusowej (ART) u pacjentów z zespołem Kaposiego może również poprawić wyniki, ale czasami może spowodować chorobę zwaną zespołem zapalnym rekonstytucji immunologicznej lub IRIS, która prowadzi do szybkiego postępu zmian i obrzęku. Wiedza o tym, czy pacjent ma mięsaka Kaposiego, może zatem pomóc w monitorowaniu pacjenta podczas rozpoczynania ART.

Krown zwrócił uwagę na inne trwające badania w Afryce Subsaharyjskiej mające na celu ocenę leczenia mięsaka Kaposiego we wcześniejszym stadium, takie jak próba testująca skuteczność pomalidomidu, leku sprzedawanego przez Celgene jako Pomalyst, który uzyskał przyspieszoną zgodę na leczenie mięsaka Kaposiego związanego z AIDS od Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków w 2020 r.

„Potrzebny jest skoordynowany wysiłek”, powiedział Krown, ale „połączenie ulepszonych metod leczenia mięsaka Kaposiego oraz ulepszeń w zakresie rozpoznawania i diagnozowania mięsaka Kaposiego na wcześniejszym etapie może z powodzeniem prowadzić do lepszych wyników”.

Przyszłe kierunki

Szybka, prosta diagnostyka chorób endemicznych dla środowisk o niskich zasobach – takich jak malaria, schistosomatoza, anemia sierpowata i gruźlica – może potencjalnie zmniejszyć cierpienie i uratować życie milionom dzieci i dorosłych każdego roku.

Erickson powiedział, że zespół rozważa nawiązanie współpracy z organizacjami non-profit, które wspierają diagnostykę związaną z HIV, ale zauważył, że do tego momentu zespół był w pełni finansowany przez NIH i NCI.

Oczekuje się, że koszt instrumentu TINY i testu mięsaka Kaposiego będzie „wystarczająco tani, aby można je było wdrożyć, tak że koszt nie stanowi problemu”, powiedział, ale odmówił podania dokładnej ceny. Niski koszt jest związany z prostotą projektu oraz faktem, że system jest łatwy do naprawy i może działać na standardowym komputerze – powiedział.

Ponieważ TINY został opracowany specjalnie do badania mięsaka Kaposiego — co może wymagać przeprowadzania tylko kilku testów tygodniowo — obecnie jest w stanie przeprowadzić sześć testów jednocześnie. Ale zespół opracował również system o zwiększonej przepustowości 96 odwiertów, który według Ericksona byłby przydatny do innych potrzeb diagnostycznych w zakresie chorób zakaźnych. Instrument został wdrożony na przykład na początku pandemii do badań przesiewowych w kierunku COVID-19.

Whitby z NIH zauważył również, że brak komercyjnego testu na KHSV – nawet w warunkach o dużych zasobach – stanowił wyzwanie dla monitorowania biorców przeszczepów i stanowi główną przeszkodę w opracowywaniu i testowaniu szczepionki na KSHV.

Idąc dalej, Erickson powiedział, że ma nadzieję, że rozszerzenie wysiłków w zakresie walidacji na więcej ośrodków klinicznych pomoże zbudować lokalną akceptację i oddolne wsparcie dla systemu. „To może nabrać rozpędu dla tej nowej formy diagnozy” – powiedział, podobnie jak kontakt z lokalnymi kluczowymi liderami opinii. „Próbujemy pracować w górę, a nie w dół”.

Chociaż Erickson ma na koncie starty firm, takich jak Halo Labs, VitaScan i Dimensional Energy, powiedział, że zespół rozważa również komercjalizację systemu i testu, razem lub osobno, we współpracy z przemysłem. Powiedział, że może sobie wyobrazić test KHSV działający na systemie takim jak na przykład Cepheid GeneXpert, który ma już dużą zainstalowaną bazę w Afryce.

„Preferuję współpracę z kimś, kto ma lokalny zasięg, abyśmy mogli szybciej się rozwijać” – powiedział.

Cesarman oczekuje również, że podejście zespołu będzie przydatne w przyszłości. „Mamy nadzieję, że nadejdzie czas, kiedy będziemy mogli szybko zdiagnozować i leczyć mięsaka Kaposiego, aby pacjenci mogli uniknąć tak wielu cierpień” – powiedziała.