早期癌癥檢測(cè)，新型傳感器來助力！

近年來，癌癥的發(fā)病率越來越高，尋找有效進(jìn)行早期癌癥篩查的工具成為癌癥專家深切關(guān)注的問題。

通常，使用計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)對(duì)可能患肺癌的高風(fēng)險(xiǎn)人群(例如吸煙者)進(jìn)行常規(guī)篩查，以檢查肺部腫瘤。但是，此測(cè)試的假陽性率極高，因?yàn)樗€會(huì)在肺部拾取良性結(jié)節(jié)。麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種新的肺癌早期診斷方法：一種尿液檢查，可以檢測(cè)與該疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)的存在。這種非侵入性測(cè)試可以減少假陽性的數(shù)量，并有助于在疾病的早期發(fā)現(xiàn)更多的腫瘤。

早期檢測(cè)是肺癌非常重要的癌癥，如五年生存率越高至少六倍于患者的腫瘤，他們擴(kuò)散到身體遠(yuǎn)處部位以前進(jìn)行檢測(cè)。

“如果您關(guān)注癌癥診斷和治療領(lǐng)域，人們將重新認(rèn)識(shí)到早期癌癥檢測(cè)和預(yù)防的重要性。我們確實(shí)需要新技術(shù)，這些新技術(shù)將使我們能夠在攔截和干預(yù)癌癥時(shí)看到癌癥。約翰·多蘿西·威爾遜(John and Dorothy Wilson)的健康科學(xué)與技術(shù)，電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授，麻省理工學(xué)院的科赫綜合癌癥研究所和醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所成員Sangeeta Bhatia說。

BhaTIa和她的同事發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)新的測(cè)試基于可以注射或吸入的納米粒子，可以在小鼠中檢測(cè)到小至2.8立方毫米的腫瘤。BhaTIa是該研究的高級(jí)作者，該研究今天發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》上。該論文的主要作者是麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的研究生Jesse Kirkpatrick和Ava Soleimany，以及前麻省理工學(xué)院的研究生安德魯·沃倫，他現(xiàn)在是Third Rock Ventures的合伙人。

數(shù)年來，BhaTIa的實(shí)驗(yàn)室一直在開發(fā)可通過與稱為蛋白酶的酶相互作用來檢測(cè)癌癥的納米顆粒。這些酶通過切穿細(xì)胞外基質(zhì)蛋白來幫助腫瘤細(xì)胞逃脫其原始位置。為了找到這些蛋白質(zhì)，巴蒂亞(BhaTIa)創(chuàng)建了納米顆粒，該納米顆粒涂有被癌癥相關(guān)蛋白酶靶向的肽(蛋白質(zhì)短片段)。顆粒堆積在腫瘤部位，在那里肽被切割，釋放出生物標(biāo)志物，然后可以在尿液樣本中檢測(cè)到。

她的實(shí)驗(yàn)室以前已經(jīng)開發(fā)出了結(jié)腸癌和卵巢癌傳感器，在他們的新研究中，研究人員希望將該技術(shù)應(yīng)用于肺癌，每年在美國殺死約15萬人。接受CT篩查并獲得陽性結(jié)果的人經(jīng)常接受活檢或其他侵入性檢查以尋找肺癌。Bhatia說，在某些情況下，此過程可能會(huì)導(dǎo)致并發(fā)癥，因此，無創(chuàng)性隨訪測(cè)試可能對(duì)確定哪些患者真正需要進(jìn)行活檢有用。

她說：“ CT掃描是一個(gè)很好的工具，可以看到很多東西?！? “問題在于，它發(fā)現(xiàn)的95%不是癌癥，現(xiàn)在您必須對(duì)太多測(cè)試陽性的患者進(jìn)行活檢?！睘榱硕ㄖ漆槍?duì)肺癌的傳感器，研究人員分析了一個(gè)與癌癥相關(guān)的基因數(shù)據(jù)庫，稱為“癌癥基因組圖譜”，并確定了肺癌中富含的蛋白酶。他們創(chuàng)建了一組由14種肽包裹的納米顆粒，可以與這些酶相互作用。

然后，研究人員在兩種不同的癌癥小鼠模型中對(duì)傳感器進(jìn)行了測(cè)試，這兩種小鼠模型都經(jīng)過了基因突變處理，這些基因突變導(dǎo)致它們自然發(fā)展為肺部腫瘤。為了幫助防止可能來自其他器官或血液的背景噪音，研究人員將這些顆粒直接注入氣道。

使用這些傳感器，研究人員在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行了診斷測(cè)試：腫瘤開始生長后的5周，7.5周和10.5周。為了使診斷更加準(zhǔn)確，他們使用機(jī)器學(xué)習(xí)來訓(xùn)練算法，以區(qū)分來自具有腫瘤的小鼠和沒有腫瘤的小鼠的數(shù)據(jù)。

通過這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以在7.5周內(nèi)準(zhǔn)確地檢測(cè)出其中一種小鼠模型中的腫瘤，而這些腫瘤平均平均只有2.8立方毫米。在另一只小鼠品系中，可以在5周時(shí)檢測(cè)到腫瘤。傳感器的成功率也與在相同時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行的CT掃描的成功率相當(dāng)或更好。

Bhatia設(shè)想，對(duì)于在篩查測(cè)試中獲得陽性結(jié)果的人，可以將納米顆粒傳感器用作非侵入性診斷方法，從而有可能無需進(jìn)行活檢。為了在人類中使用，她的團(tuán)隊(duì)正在研究一種可以作為干粉或通過霧化器吸入的顆粒形式。另一個(gè)可能的應(yīng)用是使用這些傳感器來監(jiān)測(cè)肺部腫瘤對(duì)藥物或免疫療法等治療的反應(yīng)程度。Bhatia說：“下一步是將其引入已知癌癥并正在接受治療的患者中，以查看他們是否使用了正確的藥物?！?

研究人員還發(fā)現(xiàn)，傳感器具有另一個(gè)重要功能-它們可以區(qū)分早期癌癥和肺部非癌性炎癥。吸煙人群中常見的肺部炎癥是CT掃描產(chǎn)生大量假陽性的原因之一。

她還正在研究一種可用于區(qū)分病毒性和細(xì)菌性的傳感器版本，它可以幫助醫(yī)生確定哪些患者需要抗生素，甚至可以提供核酸檢測(cè)的補(bǔ)充信息，例如針對(duì)Covid開發(fā)的核酸檢測(cè)-19。由巴蒂亞(Bhatia)聯(lián)合創(chuàng)立的公司Glympse Bio也正在研究開發(fā)這種方法來代替活檢來評(píng)估肝病。

這種由麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出新的肺癌早期診斷方法：一種尿液檢查，可以檢測(cè)與該疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)的存在。這種非侵入性測(cè)試可以減少假陽性的數(shù)量，并有助于在疾病的早期發(fā)現(xiàn)更多的腫瘤。