诊断纳米颗粒可用于监测治疗后的肿瘤复发或进行常规癌症筛查
多模态纳米传感器 (1) 旨在针对肿瘤微环境中的标志物并对其作出反应。纳米传感器提供了非侵入性尿液监测工具 (2) 和按需医学成像剂 (3) 以定位肿瘤转移并评估对治疗的反应。学分：郝良良
诊断纳米颗粒可用于监测治疗后的肿瘤复发或进行常规癌症筛查。
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医生用于诊断癌症的大多数测试——例如乳房 X 光检查、结肠镜检查和 CT 扫描——都是基于成像的。最近，研究人员还开发了分子诊断技术，可以检测在血液或尿液等体液中循环的特定癌症相关分子。
麻省理工学院的工程师们现在创造了一种新的诊断纳米粒子，它结合了这两个特征：它可以通过尿液测试揭示癌蛋白的存在，它可以作为一种显像剂，精确定位肿瘤位置。原则上，这种诊断可用于检测身体任何部位的癌症，包括从其原始位置转移的肿瘤。
“这是一个非常广泛的传感器，旨在对原发性肿瘤及其转移作出反应。它可以触发泌尿信号，还可以让我们看到肿瘤的位置，”麻省理工学院健康科学与技术、电气工程和计算机科学的约翰和多萝西·威尔逊教授、麻省理工学院科赫综合研究所的成员桑吉塔·巴蒂亚说癌症研究所和医学工程与科学研究所。
在一项新研究中，Bhatia 和她的同事表明，该诊断可用于监测结肠癌的进展，包括转移性肿瘤向肺和肝的扩散。最终，他们希望它可以发展成为每年进行一次的常规癌症检测。
Bhatia 是该研究的资深作者，该研究今天发表在Nature Materials上。该论文的第一作者是麻省理工学院研究科学家郝良良。
定位肿瘤
在过去的几年中，Bhatia 一直在开发癌症诊断方法，该方法通过生成可以在尿液中轻松检测到的合成生物标志物来发挥作用。大多数癌细胞表达一种叫做蛋白酶的酶，这种酶通过切割细胞外基质的蛋白质来帮助它们逃离原来的位置。Bhatia 的癌症检测纳米颗粒涂有被这些蛋白酶切割的肽。当这些颗粒遇到肿瘤时，肽会被切割并从尿液中排出，在那里它们很容易被检测到。在肺癌的动物模型中，这些生物标志物可以及早检测到肿瘤的存在；然而，它们并没有揭示肿瘤的确切位置，也没有揭示肿瘤是否已经扩散到其起源器官之外。
在他们之前的努力的基础上，麻省理工学院的研究人员希望开发一种他们所谓的“多模式”诊断，它可以进行分子筛查（检测尿液信号）和成像，以准确地告诉他们原始肿瘤和任何转移灶的位置。
为了修改这些粒子，使其也可用于 PET 成像，研究人员添加了一种名为铜 64 的放射性示踪剂。他们还用一种被酸性环境（如肿瘤微环境）吸引的肽包裹了它们，以诱导颗粒在肿瘤部位积聚。一旦它们到达肿瘤，这些肽就会将自身插入细胞膜，从而在背景噪声之上产生强烈的成像信号。
研究人员在两种转移性结肠癌小鼠模型中测试了诊断颗粒，其中肿瘤细胞在肝脏或肺部移动并生长。在用一种常用于治疗结肠癌的化疗药物治疗后，研究人员能够同时使用尿液信号和显像剂来追踪肿瘤对治疗的反应。
研究人员还发现，与通常用于 PET 成像的策略相比，使用纳米粒子提供铜 64 具有优势。PET示踪剂，称为FDG，是一种放射性形式的葡萄糖，被包括癌细胞在内的代谢活跃细胞吸收。然而，心脏在暴露于 FDG 时会产生明亮的 PET 信号，该信号会掩盖来自附近肺部肿瘤的较弱信号。研究人员发现，使用酸敏感纳米粒子在肿瘤环境中积累铜 64 可以提供更清晰的肺肿瘤图像。
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迈向癌症筛查
如果批准用于人类患者，Bhatia 设想这种诊断方法可用于评估患者对治疗的反应情况，以及长期监测肿瘤复发或转移，尤其是结肠癌。
“例如，可以每六个月对这些患者进行一次尿液检测。如果尿检呈阳性，他们可以使用相同试剂的放射性版本进行后续成像研究，以指示疾病传播的位置。我们还相信，利用单一配方的两种测试模式可能会加速监管路径，”Bhatia 说。
从长远来看，她希望这项技术可以用作诊断工作流程的一部分，可以定期提供以检测任何类型的癌症。
“我们的愿景是，你可以在筛查范式中使用它——单独或与其他测试结合使用——我们可以共同接触当今无法获得昂贵筛查基础设施的患者，”她说。“每年你都可以进行尿检，作为一般检查的一部分。只有当尿检呈阳性时，您才会进行成像研究，然后找出信号来自哪里。为了实现这一目标，我们在科学方面还有很多工作要做，但从长远来看，这是我们想要去的地方。”