早期发现是非常重要的肺癌因为在肿瘤扩散到身体远处之前就被发现的患者，其五年生存率至少要高出六倍。“如果你看看癌症领域诊断在治疗方面，人们重新认识到早期癌症检测和预防的重要性。我们真的需要新技术，让我们能够在早期拦截和干预癌症时看到癌症，”健康科学与技术、电子工程与计算机科学约翰和多萝西威尔逊教授、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成员桑吉塔·巴蒂亚说。
Bhatia和她的同事发现，这种基于可注射或吸入的纳米颗粒的新测试，可以在老鼠身上检测到小至2.8立方毫米的肿瘤。
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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中的蛋白质，帮助肿瘤细胞逃离原来的位置。
为了找到这些蛋白质，巴蒂亚创造了纳米粒子被多肽(短蛋白质片段)包裹的，是癌相关蛋白酶的目标。这些颗粒聚集在肿瘤部位，在那里多肽被切割，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为结肠和卵巢癌在他们的新研究中，研究人员希望将这项技术应用于肺癌。在美国，每年约有15万人死于肺癌。接受CT筛检并得到阳性结果的人通常会接受a活组织检查或其他侵入性检查来寻找肺癌。巴蒂亚说，在某些情况下，这一过程可能会导致并发症，所以非侵入性后续测试可能有助于确定哪些患者真正需要活检。
“CT扫描是一个很好的工具，可以看到很多东西，”她说。“问题是，它发现的95%不是癌症，现在你必须对太多检测呈阳性的患者进行活检。”
为了定制针对肺癌的传感器，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，并确定了肺癌中丰富的蛋白酶。他们创造了一个由14个肽包覆的纳米颗粒组成的面板，这些纳米颗粒可以与这些酶相互作用。
研究人员随后在两种不同的癌症小鼠模型中测试了传感器，这两种小鼠模型都经过基因突变，导致它们自然患上肺癌。为了防止来自其他器官或血液的背景噪音，研究人员直接将微粒注射到气道中。
利用这些传感器，研究人员在三个时间点进行了诊断测试: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来自有肿瘤的老鼠和没有肿瘤的老鼠的数据。
通过这种方法，研究人员发现，他们可以在7.5周的小鼠模型中准确检测出肿瘤，当时肿瘤平均只有2.8立方毫米。在另一品系小鼠中，5周时可检出肿瘤。传感器的成功率与在同一时间点进行的CT扫描的成功率相当或更好。
减少误报
研究人员还发现，传感器还有另一项重要的功能——它们可以区分早期肺癌和非癌性肺部炎症。吸烟人群中常见的肺部炎症是CT扫描产生如此多误报的原因之一。
Bhatia设想，这种纳米粒子传感器可以用于筛查结果呈阳性的人的非侵入性诊断，潜在地消除了活检的需要。她的团队正在研究一种用于人体的颗粒，这种颗粒可以作为干粉吸入或通过喷雾器吸入。另一个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:“下一步将是将这种方法应用到已经了解癌症并正在接受治疗的患者身上，看看他们是否使用了正确的药物。”
她还在研究一种传感器，可以用来区分病毒和细菌形式的肺炎，这可以帮助医生确定哪些病人需要抗生素，甚至可能为正在开发的核酸检测提供补充信息新型冠状病毒肺炎．Bhatia联合创立的Glympse Bio公司也在致力于开发这种方法，以取代肝脏疾病评估中的活检。
来源:麻省理工学院
