นวัตกรรมตรวจมะเร็งจากเลือด 1 หยด คัดกรองได้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้น แม่นยำ 94.9%

นักวิจัยจาก Westlake University ประเทศจีน พัฒนาอุปกรณ์ตรวจหาสารบ่งชี้มะเร็งจากเลือดเพียง 1 หยด โดยสามารถย่อระบบตรวจวิเคราะห์ที่เดิมมีขนาดใหญ่ระดับตู้เย็น ให้เหลือเพียงอุปกรณ์ขนาดพกพาได้ พร้อมเพิ่มความไวในการตรวจจับสูงกว่าวิธีเดิมประมาณ 10,000 เท่า ซึ่งงานวิจัยนี้นำโดย Wen Liaoyong และได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Photonics เมื่อวันที่ 13 พฤษภาคมที่ผ่านมา

ปัจจุบันการตรวจหาสารบ่งชี้มะเร็งในเลือดจำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีความซับซ้อนสูง เช่น ปริซึม สเปกโตรมิเตอร์ ทำให้อุปกรณ์มีขนาดใหญ่เทียบเท่าตู้เย็น และมักใช้งานได้เฉพาะในห้องแล็บหรือศูนย์ตรวจเฉพาะทางเท่านั้น

ทีมของ Wen ใช้วิธีที่เรียกว่า Q-modulated refractometric sensing เพื่อย่อระบบทั้งหมดให้มีขนาดเล็กลง โดยต่างจากการตรวจแบบ ดั้งเดิมที่จะวัดความยาวคลื่นแสง โดยวิธีใหม่จะวัดความเข้มของแสงแทน ระบบดังกล่าวสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเหของแสงได้ละเอียดมาก หากเทียบช่วงการวัดเป็นไม้บรรทัดยาว 1 เมตร ระบบนี้จะสามารถตรวจจับความเปลี่ยนแปลงได้ในระดับไม่กี่ไมโครเมตร

เบื้องหลังอุปกรณ์ตรวจมะเร็งขนาดพกพา

หัวใจสำคัญของระบบคือชิป 3 มิติที่สร้างจาก Metamaterial หรือวัสดุพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมแสงได้ละเอียดกว่าวัสดุทั่วไป 

งานวิจัยนี้ต่อยอดจากผลงานก่อนหน้าที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Materials โดยทีมวิจัยพัฒนาเทคนิคการใช้อลูมิเนียมเพื่อผลิตชิปที่มีความแม่นยำสูง ครอบคลุมตั้งแต่โครงสร้างระดับนาโนไปจนถึงชิ้นส่วนขนาดใหญ่ โดยก่อนหน้านี้ชิปประเภท metasurface ต้องใช้เทคนิค electron beam lithography ซึ่งเป็นการสร้างลวดลายทีละจุดคล้ายการคัดลอกหนังสือทีละคำ ทำให้ผลิตจำนวนมากได้ยากและมีต้นทุนต่อชิปสูงถึงหลายร้อยดอลลาร์สหรัฐ แต่ทีมของ Wen เปลี่ยนกระบวนการผลิตให้สามารถสร้าง ‘ต้นแบบ’ เพียงครั้งเดียวก่อนนำไปผลิตซ้ำจำนวนมากในลักษณะคล้ายการพิมพ์ ทำให้สามารถผลิตชิปหลายพันชิ้นบนแผ่นสำหรับผลิตชิป ขนาด 8 นิ้วได้พร้อมกัน และลดต้นทุนต่อชิปเหลือประมาณ 5 ดอลลาร์สหรัฐ 

ระบบเรียบง่ายจนใช้งานที่บ้านได้

เนื่องจากระบบตรวจวัดเพียงความเข้มของแสง แทนการวิเคราะห์ระบบแสงที่ซับซ้อนแบบเดิม ทำให้อุปกรณ์มีชิ้นส่วนน้อยลง โดยใช้เพียงชิปตรวจจับ ระบบไฟ LED และเซนเซอร์รับแสง ส่งผลให้ตัวเครื่องมีขนาดเล็กพอสำหรับใช้งานนอกห้องแล็บ หรือแม้แต่ใช้งานที่บ้าน 

ทดสอบระบบกับการตรวจมะเร็งปอดระยะเริ่มต้น

เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของระบบทีมวิจัยได้ร่วมมือกับ Xiamen University เพื่อตรวจหา small extracellular vesicles (sEVs) ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่ถูกปล่อยออกมาจากเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งปอด

sEVs ถือเป็นสารบ่งชี้สำคัญในการตรวจแบบ liquid biopsy หรือการตรวจหาสัญญาณของโรคจากของเหลวในร่างกาย เช่น เลือด แต่ในผู้ป่วยมะเร็งระยะเริ่มต้นสารเหล่านี้จะมีปริมาณต่ำมากจนตรวจพบได้ยากด้วยวิธีตรวจแบบเดิม ซึ่งผลการทดสอบพบว่าอุปกรณ์แบบพกพาชุดนี้มีความไวในการตรวจจับสูงกว่าวิธีแบบเดิมประมาณ 10,000 เท่า

ในการทดลองกับตัวอย่างเซรุ่มจากผู้ป่วยมะเร็งปอดจำนวน 171 ตัวอย่าง ระบบสามารถตรวจจับมะเร็งปอดระยะเริ่มต้นได้แม่นยำสูงสุด 94.9% และมีความแม่นยำ 92.1% ในการติดตามผลหลังผ่าตัด ขณะที่วิธีแบบเดิมมีความแม่นยำอยู่ที่ 74.7%

เทคโนโลยีที่อาจต่อยอดได้มากกว่าการตรวจมะเร็ง

ในงานวิจัยทีมผู้พัฒนาระบุว่าเทคโนโลยีนี้อาจถูกนำไปใช้ต่อยอดในการตรวจวินิจฉัยอื่น ๆ ได้อีก ไม่ได้จำกัดเฉพาะการตรวจคัดกรองมะเร็งเท่านั้น

Wen ระบุว่าเทคโนโลยีการผลิตระดับไมโครและนาโนกำลังกลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานสำคัญของสังคมดิจิทัลยุคใหม่และถูกนำไปใช้ในหลายด้าน ทั้งระบบแสง ระบบไฟฟ้าและการประมวลผลสัญญาณต่าง ๆ ซึ่งมีบทบาทต่อการเปลี่ยนผ่านสู่ระบบอัจฉริยะมากขึ้นในอนาคต

อ้างอิง: scmp