麻省理工学院的工程师设计了一种新的纳米颗粒传感器，可以通过简单的尿液测试来早期诊断癌症。这些传感器可以检测许多不同的癌蛋白，也可用于区分肿瘤的类型或对治疗的反应。

纳米颗粒的设计使得当它们遇到肿瘤时，它们会脱落在尿液中排泄的短DNA序列。分析这些DNA“条形码”可以揭示特定患者肿瘤的显着特征。研究人员设计了他们的测试，以便可以使用纸条进行，类似于家庭Covid测试，他们希望它可以让尽可能多的患者负担得起和使用。

“我们正试图在为中低资源环境提供技术的背景下进行创新。将这种诊断方法写在纸上是我们实现诊断民主化和创造廉价技术的目标的一部分，这些技术可以在护理点为您提供快速答案，“麻省理工学院健康科学与技术以及电气工程和计算机科学的约翰和多萝西威尔逊教授SangeetaBhatia说，他是麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所的成员。

在小鼠的测试中，研究人员表明，他们可以使用传感器来检测肿瘤中表达的五种不同酶的活性。他们还表明，他们的方法可以扩大到使用微流体设备分析样品，以区分单个样本中的至少46种不同的DNA条形码。

Bhatia是该论文的资深作者，该论文今天发表在NatureNanotechnology上。前麻省理工学院研究科学家，现任波士顿大学生物医学工程助理教授的LiangliangHao是该研究的主要作者。

脱氧代号条形码

几年来，Bhatia的实验室一直在开发可用于诊断癌症的“合成生物标志物”。这项工作建立在检测患者血液样本中的癌症生物标志物(如蛋白质或循环肿瘤细胞)的概念之上。这些天然存在的生物标志物非常罕见，几乎不可能找到它们，尤其是在早期阶段，但合成生物标志物可用于放大小肿瘤内发生的较小规模的变化。

在以前的工作中，Bhatia创造了纳米颗粒，可以检测称为蛋白酶的酶的活性，这些酶通过切割细胞外基质的蛋白质来帮助癌细胞逃离其原始位置或定居到新的位置。纳米颗粒被不同蛋白酶切割的肽包被，一旦这些肽被释放到血液中，它们就可以被浓缩并更容易在尿液样本中检测到。

最初的肽生物标志物被设计为使用质谱仪根据其质量的微小工程变化进行检测。这种设备在资源匮乏的环境中可能无法获得，因此研究人员着手开发可以使用CRISPR技术读取的DNA条形码，这些传感器可以更轻松，更经济地进行分析。

为了使这种方法起作用，研究人员必须使用一种称为硫代磷酸盐的化学修饰来保护循环DNA报告条形码不被血液中分解。这种修饰已被用于提高现代RNA疫苗的稳定性，使它们在体内存活更长时间。

与肽报告基因类似，每个DNA条形码通过可被特定蛋白酶切割的接头附着在纳米颗粒上。如果存在这种蛋白酶，DNA分子就会被释放并自由循环，最终进入尿液。在这项研究中，研究人员使用了两种不同类型的纳米颗粒：一种是由FDA批准用于人类的聚合物制成的颗粒，另一种是“纳米抗体”-一种可以设计成积聚在肿瘤部位的抗体片段。

一旦传感器分泌在尿液中，就可以使用纸条分析样品，该纸条可识别由称为Cas12a的CRISPR酶激活的报告基因。当样品中存在特定的DNA条形码时，Cas12a会放大信号，使其在纸上被视为深色条带。

这些颗粒可以设计成携带许多不同的DNA条形码，每个条形码都可以检测不同类型的蛋白酶活性，从而实现“多重”传感。使用更多的传感器可以提高灵敏度和特异性，使测试更容易区分肿瘤类型。

疾病特征

在小鼠的测试中，研究人员表明，一组五个DNA条形码可以准确地区分最初出现在肺部的肿瘤和已经转移到肺部的结直肠癌细胞形成的肿瘤。

“我们的目标是建立疾病特征，看看我们是否可以使用这些条形码面板，不仅可以读取疾病，还可以对疾病进行分类或区分不同的癌症类型，”Hao说。

对于人类使用，研究人员预计他们可能需要使用五个以上的条形码，因为患者的肿瘤之间存在如此多的差异。为了帮助实现这一目标，他们与哈佛大学教授PardisSabeti领导的麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员合作，创造了一种微流体芯片，可用于从一个样本中读取多达46种不同的DNA条形码。

这种测试不仅可以用于检测癌症，还可以用于测量患者的肿瘤对治疗的反应以及治疗后是否复发。研究人员现在正致力于进一步开发这些粒子，目的是在人体中进行测试。由Bhatia共同创立的GlympseBio公司已经对早期版本的尿液诊断颗粒进行了1期临床试验，发现它们对患者是安全的。

除了Bhatia，Hao和Sabeti之外，该研究的共同作者还包括ReneeT.Zhao，NicoleL.Welch，EdwardKahWeiTan，QianZhong，NourSaidaHarzallah，ChayanonNgambenjawong，HenryKo和HeatherE.Fleming。

该研究由国家癌症研究所的科赫研究所支持(核心)拨款，国家环境健康科学研究所的核心中心资助，科赫研究所的大理石癌症纳米医学中心，科赫研究所前沿研究计划，弗吉尼亚和D.K.路德维希癌症研究基金，以及国家癌症研究所的独立之路奖。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：研究癌症肿瘤