這款傳感器可發(fā)現(xiàn)早期肺部腫瘤？

通常，使用計算機(jī)斷層掃描(CT)對可能患肺癌的高風(fēng)險人群(例如吸煙者)進(jìn)行常規(guī)篩查，以檢查肺部腫瘤。但是，此測試的假陽性率極高，因為它還會在肺部拾取良性結(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，可以檢測與該疾病相關(guān)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，并有助于在疾病的早期發(fā)現(xiàn)更多的腫瘤。

早期發(fā)現(xiàn)對于肺癌非常重要，因為在腫瘤擴(kuò)散到體內(nèi)較遠(yuǎn)位置之前被發(fā)現(xiàn)的患者的五年生存率至少高出六倍。

“如果您關(guān)注癌癥診斷和治療領(lǐng)域，人們就會重新認(rèn)識到早期癌癥檢測和預(yù)防的重要性。我們確實需要能夠使我們能夠攔截并盡早介入的新技術(shù)，以便我們能夠看到癌癥?！奔s翰·多蘿西·威爾遜(John and Dorothy Wilson)衛(wèi)生科學(xué)與技術(shù)和電氣工程與計算機(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)研究所的成員。

Bhatia和她的同事發(fā)現(xiàn)，這項新的測試基于可以注射或吸入的納米粒子，可以在小鼠中檢測到小至2.8立方毫米的腫瘤。

Bhatia是該研究的高級作者，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。

靶向肺腫瘤

數(shù)年來，Bhatia的實驗室一直在開發(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到。

她的實驗室以前已經(jīng)開發(fā)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，此過程可能會導(dǎo)致并發(fā)癥，因此，無創(chuàng)性隨訪測試可能對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)在您必須對太多測試陽性的患者進(jìn)行活檢?！?

為了定制針對肺癌的傳感器，研究人員分析了一個與癌癥相關(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傳感器進(jìn)行了測試，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，研究人員在三個時間點進(jìn)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(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(dāng)或更好。

減少誤報

研究人員還發(fā)現(xiàn)，傳感器具有另一項重要功能-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。

Bhatia設(shè)想，對于在篩查測試中獲得陽性結(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。另一個可能的應(yīng)用是使用這些傳感器來監(jiān)測肺部腫瘤對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。”

她還正在研究一種可用于區(qū)分病毒性和細(xì)菌性肺炎的傳感器版本，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的補(bǔ)充信息，例如針對Covid開發(fā)的核酸檢測-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估肝病。

該研究由國家癌癥研究所，國家環(huán)境健康科學(xué)研究所，國家科學(xué)基金會，麻省理工學(xué)院路德維希分子腫瘤學(xué)中心，科赫研究所癌癥納米醫(yī)學(xué)中心，通過Upstage Lung Cancer和Johnson and Johnson的禮物捐贈了Koch Institute Frontier Research Program。