研究人员提高了血液检测检测和监测癌症的能力

肿瘤不断从垂死的细胞中脱落DNA，这些DNA在患者的血液中短暂循环，然后迅速分解。许多公司已经创建了可以挑选出这种肿瘤DNA的血液测试，可能帮助医生诊断或监测癌症或选择治疗方法。

然而，在任何给定时间循环的肿瘤DNA量都非常小，因此开发足够灵敏的测试来接收这种微小信号一直具有挑战性。来自麻省理工学院、麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的一组研究人员现在提出了一种方法，通过暂时减缓血液中循环的肿瘤DNA的清除，来显着增强该信号。

研究人员开发了两种不同类型的可注射分子，他们称之为“启动剂”，它们可以暂时干扰身体从血液中去除循环肿瘤DNA的能力。在一项针对小鼠的研究中，他们表明这些药物可以提高DNA水平，使可检测到的早期肺转移的百分比从不到10%跃升至75%以上。

这种方法不仅可以更早地诊断癌症，还可以更灵敏地检测肿瘤突变，从而指导治疗。它还可以帮助改善癌症复发的检测。

“你可以在抽血前一小时给其中一种药物，它使以前看不到的东西变得可见。这意味着我们应该能够为任何目的进行液体活检的每个人提供更多的分子，“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Sangeeta Bhatia说，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。

Bhatia是这项新研究的资深作者之一，还有麻省理工学院Raymond A.和Helen E. St. Laurent化学工程教授J. Christopher Love，麻省理工学院和哈佛大学的科赫研究所和拉贡研究所的成员，以及布罗德研究所Gerstner癌症诊断中心主任Viktor Adalsteinsson。

Carmen Martin-Alonso PhD ’23、麻省理工学院和博德研究所博士后 Shervin Tabrizi 和博德研究所科学家 Kan Xiong 是该论文的主要作者，该论文今天发表在 《科学》杂志上。

更好的活检

液体活检可以检测血液样本中的少量DNA，现在被用于许多癌症患者，以识别有助于指导治疗的突变。然而，随着灵敏度的提高，这些测试可能对更多的患者有用。大多数提高液体活检灵敏度的努力都集中在开发新的测序技术上，以便在抽血后使用。

在集思广益使液体活检更具信息量的同时，Bhatia、Love、Adalsteinsson和他们的学员提出了在采集样本之前尝试增加患者血液中DNA含量的想法。

“肿瘤总是在创造新的无细胞DNA，这就是我们试图在抽血中检测到的信号。然而，现有的液体活检技术受到您在血液管中收集的材料数量的限制，“Love说。“这项工作介入的地方是考虑如何事先注入一些东西，以帮助增加或增强在同一个小样本中可以收集的信号量。

身体使用两种主要策略从血液中去除循环 DNA。称为 DNase 的酶在血液中循环并分解它们遇到的 DNA，而称为巨噬细胞的免疫细胞在血液通过肝脏过滤时吸收游离 DNA。

研究人员决定分别针对这些过程中的每一个。为了防止DNase分解DNA，他们设计了一种单克隆抗体，可以与循环DNA结合并保护其免受酶的侵害。

“抗体是公认的生物制药方式，它们在许多不同的疾病环境中是安全的，包括癌症和自身免疫治疗，”Love说。“我们的想法是，我们能否使用这种抗体来帮助暂时保护DNA免受循环核酸酶的降解？通过这样做，我们将平衡转移到肿瘤产生DNA的速度略快于降解的速度，从而增加了抽血中的浓度。

他们开发的另一种引物是一种纳米颗粒，旨在阻止巨噬细胞吸收游离DNA。这些细胞具有众所周知的吞噬合成纳米颗粒的倾向。

“DNA是一种生物纳米粒子，肝脏中的免疫细胞可能像合成纳米粒子一样吸收它，这是有道理的。如果是这样的话，那么我们可以使用一个安全的虚拟纳米颗粒来分散这些免疫细胞的注意力，让循环的DNA单独存在，这样它就可以达到更高的浓度，“Bhatia说。

早期肿瘤检测

研究人员在接受癌细胞移植的小鼠中测试了他们的启动剂，这些癌细胞往往会在肺部形成肿瘤。在细胞移植两周后，研究人员发现，这些引发剂可以将血液样本中回收的循环肿瘤DNA量提高60倍。

采集血样后，可以进行与液体活检样本相同的测序测试。这些测试可以挑选出肿瘤DNA，包括用于确定肿瘤类型的特定序列，以及哪种治疗方法可能最有效。

癌症的早期检测是这些启动剂的另一个有前途的应用。研究人员发现，当小鼠在抽血前服用纳米颗粒引发剂时，它使它们能够检测到75%的低癌症负荷小鼠血液中的循环肿瘤DNA，而如果没有这种增强，则无法检测到。

“癌症液体活检测试的最大障碍之一是血液样本中循环肿瘤DNA的稀缺性，”Adalsteinsson说。“因此，看到我们迄今为止能够实现的效果之大，并设想这可能对患者产生什么影响，这是令人鼓舞的。

注射任何一种引物后，血液中的DNA水平需要一两个小时才能增加，然后在大约24小时内恢复正常。

“能够在几个小时内获得这些药物的峰值活性，然后快速清除，这意味着有人可以进入医生办公室，接受这样的药物，然后为测试本身献血，所有这些都在一次访问中完成，”Love说。“这一特点预示着将这一概念转化为临床应用的潜力。

研究人员成立了一家名为Amplifyer Bio的公司，该公司计划进一步开发该技术，希望能够进入临床试验阶段。

“一管血比结肠镜检查甚至乳房X光检查更容易获得诊断，”Bhatia说。“最终，如果这些工具真的具有预测性，那么我们应该能够让更多的患者进入这个系统，他们可以从癌症拦截或更好的治疗中受益。

该研究由美国国家癌症研究所的科赫研究所支持（核心）赠款、大理石癌症纳米医学中心、格斯特纳家庭基金会、麻省理工学院路德维希中心、科赫研究所前沿研究计划通过凯西和家庭基金会以及科赫研究所和丹娜-法伯/哈佛癌症中心之间的合作伙伴关系桥梁项目资助。