新的传感器可以提供肺肿瘤的早期检测

肺癌高危人群，如重度吸烟者，通常要接受CT扫描，这种扫描可以检测出肺部的肿瘤。然而，这种检测有极高的误报率，因为它也能检出肺部的良性结节。

麻省理工学院的研究人员现在已经开发出一种早期诊断肺癌的新方法:一种可以检测出与肺癌相关的蛋白质存在的尿检。这种无创检测可以减少假阳性的数量，并有助于在疾病的早期发现更多的肿瘤。

早期发现对肺癌来说是非常重要的，因为在肿瘤扩散到身体远处之前被发现的患者的五年存活率至少要高出六倍。

“如果你看看癌症诊断和治疗领域，就会重新认识到早期癌症检测和预防的重要性。我们真的需要新的技术会给我们看到癌症的能力当我们可以拦截和早期干预,“谁是约翰和桑吉塔•巴蒂亚说多萝西威尔逊教授健康科学和技术和电气工程和计算机科学,麻省理工学院的成员科赫研究所综合癌症研究和医学工程研究所和科学。

Bhatia和她的同事们发现，基于可以注射或吸入的纳米颗粒的新测试，可以在小鼠身上检测到小至2.8立方毫米的肿瘤。

Bhatia是该研究的资深作者，该研究发表在今天的《科学转化医学》杂志上。这篇论文的主要作者是麻省理工学院和哈佛大学的研究生Jesse Kirkpatrick和Ava Soleimany，以及前麻省理工学院研究生Andrew Warren，他现在是Third Rock Ventures的合伙人。

针对肺肿瘤

几年来，Bhatia的实验室一直在开发可以通过与蛋白酶相互作用来检测癌症的纳米颗粒。这些酶通过切断细胞外基质的蛋白质，帮助肿瘤细胞脱离原来的位置。

为了找到这些蛋白质，Bhatia发明了一种纳米粒子，其表面包裹着肽(短蛋白片段)，这些肽是癌症相关蛋白酶的目标。这些颗粒聚集在肿瘤部位，在那里多肽被裂解，释放生物标志物，然后可以在尿液样本中检测到。

她的实验室之前已经开发了结肠癌和卵巢癌的传感器，在他们的新研究中，研究人员想要把这项技术应用到肺癌上。肺癌每年导致美国约15万人死亡。接受CT扫描并得到阳性结果的人通常要接受活组织切片检查或其他侵入性检查来寻找肺癌。Bhatia说，在某些情况下，这种手术可能会导致并发症，因此一种无创的随访检测可能有助于确定哪些患者确实需要活组织检查。

“CT扫描是一个很好的工具，可以看到很多东西，”她说。“它的问题是，它发现的95%都不是癌症，而现在你不得不对太多检测呈阳性的病人进行活检。”

为了定制用于肺癌的传感器，研究人员分析了一个名为癌症基因组图谱(cancer Genome Atlas)的癌症相关基因数据库，并鉴定出肺癌中含量丰富的蛋白酶。他们创造了一个由14个肽包覆的纳米粒子组成的面板，这些纳米粒子可以与这些酶相互作用。

然后，研究人员在两种不同的癌症小鼠模型中测试了传感器，这两种模型都经过基因突变的改造，导致它们自然地发展成肺肿瘤。为了防止来自其他器官或血液的背景噪音，研究人员将这些颗粒直接注射到气道中。

利用这些传感器，研究人员在三个时间点进行诊断测试:肿瘤开始生长后5周、7.5周和10.5周。为了使诊断更准确，他们使用机器学习来训练一种算法来区分患有肿瘤的老鼠和没有患肿瘤的老鼠的数据。

用这种方法，研究人员发现他们可以准确地检测出其中一个小鼠模型中的肿瘤，早在7.5周的时候，那时肿瘤平均只有2.8立方毫米。另一种小鼠在5周时可以检测到肿瘤。传感器的成功率也与在同一时间点进行的CT扫描的成功率相当，甚至更好。

减少误报

研究人员还发现，传感器还有另一项重要功能——它们可以区分早期癌症和非癌症性肺部炎症。肺部炎症常见于吸烟人群，是CT扫描产生如此多假阳性结果的原因之一。

Bhatia设想，纳米颗粒传感器可以作为一种非侵入性的诊断，用于筛查测试结果呈阳性的人，从而有可能消除活检的需要。她的团队正在研究一种可以作为干粉或喷雾器吸入的微粒形式，用于人体。另一种可能的应用是使用这些传感器来监测肺肿瘤对治疗的反应，如药物或免疫疗法。

Bhatia说:“下一步很重要的是，将这一技术应用到已经了解癌症并正在接受治疗的患者身上，看看他们是否服用了正确的药物。”

她还在研发一种传感器，可以用来区分病毒性和细菌性肺炎，这可以帮助医生确定哪些患者需要抗生素，甚至可以为核酸测试提供补充信息，比如针对covid19的测试。由Bhatia联合创办的Glympse Bio公司也在开发这种方法，以取代肝脏疾病评估中的活检。

研究由科赫研究所支持(核心)由美国国家癌症研究所,国家环境健康科学研究所,美国国家科学基金会,路德维希分子肿瘤学中心在麻省理工学院,科赫研究所的大理石癌症纳米中心,科赫研究所前沿研究项目通过礼物自负的肺癌,约翰逊和约翰逊。