MasSpec Pen - MasSpec Pen
MasSpec pero , nebo precìso MasSpec pero systému , je hmotnostní spektrometrie (MS) pro detekci rakoviny na bázi a diagnostický systém, který lze použít pro ex vivo a in vivo analýze vzorku tkáně. Systém sbírá biologické molekuly z povrchu vzorku tkáně pomocí mechanismu extrakce pevná látka-kapalina a transportuje molekuly do hmotnostního spektrometru pro analýzu. Složení extrahovaných molekul pak lze použít k předpovědi, zda analyzovaný vzorek tkáně obsahuje rakovinné buňky pomocí algoritmů strojového učení a statistických modelů. V počátečním stádiu klinického výzkumu byl systém MasSpec Pen schopen odlišit různé rakovinné tkáně, včetně nádorových tkání štítné žlázy, prsu, plic a vaječníků, od jejich normálních protějšků s celkovou přesností 96,3%. Následná studie ilustrující použití zařízení pro detekci serózního ovariálního karcinomu v tkáňových biopsiích ex vivo umožnila rozlišení normálních a rakovinných vzorků vaječníků s klinickou citlivostí a specificitou 94,0%, respektive 94,4%.
Vývoj a současné využití
Livia S. Eberlin , Ph.D., odborná asistentka chemie na University of Texas v Austinu , poprvé oznámila vynález pera MasSpec v roce 2017. V její laboratoři bylo zařízení použito k analýze biopsií lidské tkáně, včetně normální a rakovinné vzorky prsu, plic, vaječníků a štítné žlázy. Pero MasSpec je v současné době hodnoceno pro použití na čerstvě vyříznutých tkáňových biopsiích a pro intraoperační použití během onkologických operací.
MasSpec Pen byl licencován společnosti Genio Technologies, Inc., dceřiné společnosti MS Pen Technologies, Inc.
Princip činnosti
Ambientní ionizační hmotnostní spektrometrie pro diagnostiku onemocnění
Technologie MasSpec Pen je založena na principech ionizace prostředí , ve které jsou ionty generovány přímo ze vzorku bez nutnosti rozsáhlé přípravy vzorku nebo chromatografické separace. Pero MasSpec lze dále kategorizovat jako metodu okolní ionizace založenou na extrakci tuhou kapalinou, popsanou jako metody využívající systém rozpouštědel k jemné extrakci molekul z povrchu vzorku, které jsou následně analyzovány hmotnostním spektrometrem. Desorpční elektrosprejová ionizace (DESI) byla první metodou MS na bázi kapalné okolní ionizace. Společnost DESI použila sprej nabitých kapiček rozpouštědla k bombardování povrchu vzorku k desorpci a ionizaci molekul z povrchu vzorku, které jsou poté směrovány k a analyzovány hmotnostním spektrometrem. Metody DESI-MS a jiné iontové ionizační metody založené na rozpouštědlech byly široce používány pro analýzu malých molekul, zejména metabolitů a lipidů, přímo ze vzorků biologických tkání, aby se určilo jejich molekulární složení a využila se data hmotnostní spektra získaná pro diagnostické účely. Tyto metody byly použity pro rozlišení normálních a rakovinných oblastí tkáňových vzorků pro mnoho indikací solidních nádorů, mimo jiné včetně prsu, mozku, prostaty, vaječníků a kolorekta. Metody vícerozměrné statistické analýzy se často používají ke generování statistických modelů z hmotnostních spektrálních dat získaných z přímé analýzy vzorků tkání k rozlišení mezi zdravými a nemocnými tkáněmi.
Mechanismus pera MasSpec Pen
MasSpec Pen, původně popsaný v roce 2017, je technikou okolní ionizace na bázi rozpouštědel, ale liší se od svých předchůdců díky ruční povaze zařízení, což umožňuje analýzu vzorků vzdálených od hmotnostního spektrometru způsobem nezávislým na geometrii. Pero MasSpec používalo sondu, kterou lze ručně nasměrovat, aby nasměrovala analýzu. Aby bylo možné systém používat, je špička „pera“ v kontaktu s povrchem, ze kterého se má odebírat vzorek, a uživatel spustí zahájení postupu vzorkování stisknutím integrovaného nožního pedálu. To signalizuje injekční pumpu, která dodá malý alikvot rozpouštědla polymerovou zkumavkou do zásobníku na špičce „pera“, který zůstává v kontaktu se vzorkem. Analyty jsou poté extrahovány ze vzorku do kapičky rozpouštědla mechanismem extrakce pevná látka-kapalina . Po 3 sekundách extrakce se kapička nasaje do hmotnostního spektrometru pomocí vakua z hmotnostního spektrometru jako zdroje vakua. Jakmile jsou uvnitř hmotnostního spektrometru, analyty v kapičce rozpouštědla jsou desolvatovány a ionizovány pomocí vstupního ionizačního mechanismu. Ionizované molekuly jsou poté analyzovány analyzátorem hmotnostního spektrometru a je vytvořeno výsledné hmotnostní spektrum.
Diagnóza rakoviny pomocí pera MasSpec
Pero MasSpec bylo navrženo tak, aby pomáhalo při detekci pozitivních chirurgických okrajů během odstraňování masivního nádoru a pomohlo při úplné excizi chirurgických zákroků. Zařízení bylo původně použito k analýze 253 biopsií lidské tkáně, včetně normálních a rakovinných tkání prsu, plic, vaječníků a štítné žlázy. Hmotnostní spektra získaná pro každý vzorek obsahovala metabolity, lipidy a některé proteiny, které byly reprezentativní pro molekulární složení analyzované tkáně. Shromážděná data pro každý typ tkáně byla poté použita k vývoji statistických modelů, které by mohly rozlišovat mezi normálními a rakovinovými vzorky každého tkáňového typu. K vyhodnocení přesnosti modelů pro rozlišení normální a rakovinné tkáně na základě jejich molekulárních profilů byla použita křížová validace ponechání jednoho pacienta. Metoda umožňovala diagnostiku prsních tkání s přesností 95,6%, plic s přesností 96,8% a vaječníků s přesností 94,7%. Statistické modely také umožňovaly rozlišit normální štítnou žlázu od papilárních karcinomů štítné žlázy s přesností 97,8% a od folikulárních adenomů štítné žlázy s přesností 94,7%. Zpráva také prokázala schopnost technologie MasSpec Pen detekovat rakovinu v oblastech smíšené tkáně obsahující normální i rakovinné buňky ze vzorku rakoviny vaječníků. Nakonec autoři demonstrovali použití této metody pro in vivo analýzu nádorových tkání pomocí anestetizovaného myšího modelu.
Výkonnost pera MasSpec pro diagnostiku rakoviny vaječníků byla dále hodnocena ve zprávě publikované v roce 2019. Autoři analyzovali 160 vzorků lidské tkáně vaječníků, včetně 78 normálních vaječníků a 82 serózních karcinomů, pomocí pera MasSpec Pen a vyvinuli klasifikační modely k rozlišení mezi normálními a vzorky rakoviny. Model byl schopen rozlišit mezi normálními a rakovinnými vzorky vaječníků s celkovou přesností 98,3%, 100,0%a 92,3%na tréninkové, ověřovací a testovací sadě vzorků. Zpráva dále hodnotila schopnost systému MasSpec Pen rozlišovat rakovinu vaječníků od tkáně vejcovodu a pobřišnice, což jsou dvě z nejběžnějších míst pro metastázy rakoviny vaječníků. Přesnosti 87,9% a 92,6% bylo dosaženo pro rozlišení rakoviny z tkání vejcovodu a pobřišnice.