吸入式传感器实现早期肺癌检测

2024/1/9 19:09:02 来源：科技日报

美国麻省理工学院研究人员开发出一项新技术，可使诊断肺癌变得像吸入纳米颗粒传感器一样简单，然后进行尿检就可揭示是否存在肿瘤。研究成果发表在《科学进展》杂志上。

新的诊断基于一种吸入器或雾化进入体内的纳米传感器。如果传感器在肺部遇到与癌症相关的蛋白质，它们就会产生信号，并在尿液中积累，然后用简单的纸质测试条检测到。

这种方法有可能取代或补充目前诊断肺癌的黄金标准——低剂量计算机断层扫描（CT）。研究人员表示，这可能会对CT扫描仪尚未普及的低收入和中等收入国家产生特别重大的影响。

这些传感器由涂有报告基因（例如DNA条形码）的聚合物纳米颗粒组成，当传感器遇到蛋白酶，报告基因就会从颗粒上裂解下来，而蛋白酶在肿瘤中通常过于活跃。

以前版本的传感器针对的是肝脏和卵巢等其他癌症部位，设计用于静脉注射。对于肺癌诊断，研究人员此次希望创建一种可吸入版本，使其更容易在资源较低的环境中部署。

为实现这一目标，研究人员创建了两种颗粒配方：一种可雾化并用喷雾器输送的溶液，以及一种可使用吸入器输送的干粉。

一旦颗粒到达肺部，它们就会被吸收到组织中，并在那里遇到可能存在的任何蛋白酶。人类细胞可表达数百种不同的蛋白酶，其中一些在肿瘤中过度活跃，它们通过切割细胞外基质的蛋白质帮助癌细胞逃离其原始位置。这些癌性蛋白酶从传感器上切割DNA条形码，使条形码在血液中循环，直到通过尿液排出体外。

研究人员创建了一种侧流分析方法，可使用纸质测试条检测条形码。

研究人员设计的试纸可检测多达4个不同的DNA条形码，每个条形码都表明存在不同的蛋白酶。尿液样本无需预处理或处理，获得样本后约20分钟即可读取结果。

研究人员在小鼠身上测试了诊断系统，这些小鼠经过基因工程改造，可产生与人类相似的肺部肿瘤。这些传感器是在肿瘤开始形成7.5周后施用的，这个时间点可能与人类Ⅰ期或Ⅱ期癌症相关。

在第一组小鼠实验中，研究人员测量了20种不同传感器的水平，这些传感器旨在检测不同的蛋白酶。研究人员使用机器学习算法分析这些结果，确定了仅4个传感器的组合，预计可提供准确的诊断结果。然后他们在小鼠模型中测试了这种组合，发现它可准确检测早期肺部肿瘤。

研究人员表示，对于人类来说，可能需要更多的传感器来作出准确的诊断，但这可以通过使用多个纸带来实现，每个纸带可检测4种不同的DNA条形码。

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