研究表明，簡單的尿液檢查即可揭示小鼠中肺癌的存在。

肺癌高危人群（如“老煙槍”）通常需要接受計算機斷層掃描（computed tomography， CT）篩查，以檢測肺部腫瘤。但是，這種檢測有極高的假陽性率，因為它也能檢測出肺部的良性結節(jié)。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，麻省理工學院（MIT）的研究人員開發(fā)出了一種新的肺癌早期診斷方法：一種尿液檢測，可以檢測出與該疾病相關的蛋白質(zhì)的存在。這種非侵入性測試可以減少假陽性的數(shù)量，并有助于在疾病早期檢測出更多的腫瘤。

麻省理工學院的工程師開發(fā)出可以遞送到肺部的納米顆粒，其中與腫瘤相關的蛋白酶會在顆粒表面切斷肽，釋放出報告分子，這些分子可以通過尿液測試被發(fā)現(xiàn)

早期發(fā)現(xiàn)對肺癌非常重要，因為能夠在腫瘤擴散到體內(nèi)較遠位置之前被發(fā)現(xiàn)的患者，其五年存活率至少會高出六倍。

麻省理工學院健康科學與技術、電子工程與計算機科學系John and Dorothy Wilson教授 Sangeeta Bhatia表示，“如果您關注癌癥診斷和治療，就會重新認識到癌癥早期檢測和預防的重要性。我們迫切需要能夠及早發(fā)現(xiàn)癌癥并進行干預的新技術?！彼瑫r也是科赫綜合癌癥研究所（Koch Institute for Integrative Cancer Research）和醫(yī)學工程與科學研究所的成員。

Bhatia和她的同事發(fā)現(xiàn)，這項新測試基于可以注射或吸入的納米顆粒，可以在小鼠身上檢測到小至2.8立方毫米的腫瘤。

Bhatia是該研究的通訊作者，該項研究成果發(fā)表于《科學轉化醫(yī)學》（ Science Translational Medicine ）雜志。該論文的第一作者是分別來自麻省理工學院和哈佛大學的研究生Jesse Kirkpatrick和Ava Soleimany，以及前麻省理工學院研究生Andrew Warren，現(xiàn)在是三石風險投資公司（Third Rock Ventures）的合伙人。

靶向肺腫瘤

數(shù)年來，Bhatia的實驗室一直在研發(fā)可以通過蛋白酶相互作用來檢測癌癥的納米顆粒。這些酶通過切斷細胞外基質(zhì)的蛋白質(zhì)，幫助腫瘤細胞逃脫其原始位置。

為了找到這些蛋白質(zhì)，Bhatia創(chuàng)建了納米顆粒，該納米顆粒表面涂有與癌癥相關的蛋白酶靶向肽（蛋白質(zhì)短片段）。顆粒聚集在腫瘤部位，在那里肽被裂解，釋放出生物標志物，然后在尿液樣本中被檢測到。

此前，Bhatia的實驗室已經(jīng)開發(fā)出針對結腸癌和卵巢癌的傳感器，在他們的新研究中，研究人員希望將該技術應用于肺癌，該疾病每年會導致美國約15萬人死亡。接受CT掃描并獲得陽性結果的人通常要接受活檢或其他侵入性檢查以尋找肺部腫瘤。Bhatia表示，在某些情況下，此過程可能會導致并發(fā)癥，因此，無創(chuàng)性隨訪測試將有助于確定哪些患者真正需要進行活檢。

她指出，“CT掃描固然是很好的醫(yī)學工具，可以看到很多東西。問題在于，它發(fā)現(xiàn)的95％不是癌癥，為此必須對大量檢測呈陽性的患者進行活檢。”

為了定制用于肺癌的傳感器，研究人員分析了一個名為“癌癥基因組圖譜”（Cancer Genome Atlas）的癌癥相關基因數(shù)據(jù)庫，并確定了肺癌中富含的蛋白酶。他們創(chuàng)建了一組由14個肽包裹的納米顆粒，可以與這些酶相互作用。

研究人員隨后用兩種不同的癌癥模型在小鼠身上測試了這些傳感器，這兩種癌癥模型都經(jīng)過了基因突變處理，導致小鼠們自然發(fā)展成肺癌。為了防止來自其他器官或血液的背景噪音，研究人員將這些納米顆粒直接注入氣道。

研究人員利用這些傳感器在3個時間點進行了診斷測試：腫瘤開始生長后的5周、7.5周和10.5周。為了使診斷更加準確，他們使用機器學習來訓練算法，以區(qū)分腫瘤小鼠和健康小鼠的數(shù)據(jù)。

通過這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以早在7.5周的時候準確檢測出其中一種小鼠模型中的腫瘤，這些腫瘤平均只有2.8立方毫米。在另一種小鼠模型中，可以在5周的時候檢測到腫瘤。傳感器的成功率也與在相同時間點執(zhí)行的CT掃描的成功率相當，甚至更好。

減少假陽性

研究人員還發(fā)現(xiàn)了傳感器的另一項重要功能，它可以區(qū)分早期肺癌和非癌性肺炎。吸煙人群中常見的肺炎是CT掃描產(chǎn)生大量假陽性的原因之一。

Bhatia設想針對篩查測試結果呈陽性的人，將納米顆粒傳感器用作非侵入性診斷方法，從而有可能無需進行活檢。她的團隊正在研究一種可以作為干粉或通過霧化器吸入的微粒以用于人體。另一大潛在應用是使用這些傳感器來監(jiān)測肺部腫瘤對治療的反應，如藥物或免疫療法。

Bhatia補充道，“下一步的重點是將該技術用于已患癌癥并正在接受治療的患者，監(jiān)測他們是否使用了正確的藥物?！?/p>

她還在研究一種可用于區(qū)分病毒性和細菌性肺炎的傳感器，有助于醫(yī)生確定哪些患者需要抗生素，甚至可以為核酸測試（例如針對Covid-19開發(fā)的核酸測試）提供補充信息。由Bhatia聯(lián)合創(chuàng)辦的Glympse Bio公司也在致力于開發(fā)這種方法，以取代依靠活檢來評估肝臟疾病。

該研究受到了美國國家癌癥研究所（National Cancer Institute）授予的科赫研究所支持（核心支持）、美國環(huán)境衛(wèi)生科學研究所（National Institute of Environmental Health Sciences）、國家科學基金會（National Science Foundation）、麻省理工學院分子腫瘤學路德維格中心（Ludwig Center for Molecular Oncology）、科赫研究所癌癥納米醫(yī)學大理石中心（Marble Center for Cancer Nanomedicine）、科赫研究所肺癌晚期前沿研究項目（Frontier Research Program）以及強生公司（Johnson and Johnson）的資助。

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