麻省理工学院的工程师研发出一种新型癌症诊断纳米颗粒。
它可以通过尿液检测识别癌蛋白，还可以精确定位肿瘤的位置。
该技术尚未获批用于人体患者，但人们希望它能够帮助监测现有患者的病情，以及他们对治疗的反应。
医生用于诊断癌症的大多数检测方法，例如乳腺X光检查、结肠镜检查和CT扫描，都基于影像技术。近年来，研究人员还开发出分子诊断技术，能够检测血液或尿液等体液中循环的特定癌症相关分子。
麻省理工学院的工程师现已研发出一种新型诊断纳米颗粒，兼具上述两种特性：它既可以通过尿液检测揭示癌蛋白的存在，又可以作为一种显像剂，精确定位肿瘤位置。原则上，这种诊断技术可用于检测人体任何部位的癌症，包括已从原发部位转移的肿瘤。
“这是一种非常广谱的传感器，旨在对原发肿瘤及其转移灶作出响应。它既可以触发尿液信号，也可以让我们直观地看到肿瘤所在位置。”麻省理工学院健康科学与技术及电气工程与计算机科学教授、约翰与多萝西·威尔逊讲席教授桑吉塔·巴蒂亚（Sangeeta Bhatia）表示，她同时也是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。
在一项新研究中，巴蒂亚及其同事证明，该诊断技术可用于监测结肠癌的进展情况，包括肿瘤向肺部和肝脏的转移扩散。他们希望，该技术最终能够发展成为一种常规癌症检测手段，并可每年进行一次。
巴蒂亚是该研究的资深作者，相关研究成果今天发表于《自然·材料》（Nature Materials）。论文的第一作者是麻省理工学院研究科学家郝亮亮。
肿瘤定位
过去几年间，巴蒂亚一直致力于开发癌症诊断技术，其原理是生成合成生物标志物，这些标志物可以在尿液中被轻松检测到。大多数癌细胞会表达一类称为蛋白酶的酶，它们通过切断细胞外基质中的蛋白质，帮助癌细胞逃离原始位置。巴蒂亚的癌症检测纳米颗粒表面包覆有可被这些蛋白酶切割的肽段。当这些颗粒遇到肿瘤时，肽段会被切断并随尿液排出，从而可以被轻松检测到。在肺癌动物模型中，这些生物标志物能够在早期检测到肿瘤的存在；但是，它们无法揭示肿瘤的确切位置，也无法判断肿瘤是否已扩散到其原发器官之外。
在此前工作的基础上，麻省理工学院的研究人员希望开发他们所称的“多模态”诊断技术，该技术既能进行分子筛查（检测尿液信号），也能进行成像，从而准确判断原发肿瘤及任何转移灶的位置。
为了对颗粒进行改造，使其也能用于PET成像，研究人员添加了一种称为铜-64的放射性示踪剂。他们还在颗粒表面包覆了一种对酸性环境（如肿瘤微环境）具有亲和力的肽段，以促使颗粒在肿瘤部位聚集。一旦到达肿瘤部位，这些肽段便会插入细胞膜，从而产生高于背景噪声的强成像信号。
研究人员在两种转移性结肠癌小鼠模型中测试了这种诊断颗粒，在这些模型中，肿瘤细胞会迁移至肝脏或肺部并在其中生长。在使用一种常用于治疗结肠癌的化疗药物进行治疗后，研究人员得以同时利用尿液信号和显像剂，追踪肿瘤对治疗的反应。
研究人员还发现，与PET成像通常采用的策略相比，将铜-64与其纳米颗粒结合递送具有优势。PET示踪剂FDG是一种放射性葡萄糖，可被包括癌细胞在内的代谢活跃细胞摄取。然而，心脏在接触FDG后会产生强烈的PET信号，该信号可能掩盖附近肺部肿瘤的较弱信号。研究人员发现，利用对酸敏感的纳米颗粒使铜-64在肿瘤环境中聚集，可以获得更为清晰的肺部肿瘤图像。
迈向癌症筛查
如果该技术获批用于人体患者，巴蒂亚设想这类诊断技术可用于评估患者对治疗的反应情况，并用于长期监测肿瘤复发或转移，尤其是结肠癌的复发或转移。
“例如，这些患者可以每六个月使用一次尿液版本的检测进行监测。如果尿液检测结果呈阳性，他们可以再使用同一显像剂的放射性版本进行影像检查，以明确疾病的扩散位置。我们还认为，由于两种检测模式可以采用同一种制剂，监管审批路径或将得以加快。”巴蒂亚表示。
从长远来看，她希望该技术能够被纳入一套诊断流程中，定期进行检测，以发现任何类型的癌症。
“我们的设想是，可以将其用于筛查模式，无论是单独使用还是与其他检测结合使用，我们就能共同惠及目前无法获得昂贵筛查设施的患者。”她表示，“每年都可以将尿液检测作为常规体检的一部分。只有当尿液检测结果呈阳性时，才需要进行影像检查，以进一步查明信号来源。要实现这一目标，我们还有大量科学研究工作要做，但这正是我们从长远来看希望达到的方向。”
Glympse Bio是由巴蒂亚共同创立的一家公司，该公司已对早期版本的尿液诊断颗粒开展了1期临床试验，并发现其在患者体内是安全的。
该研究由美国国家癌症研究所的科赫研究所支持（核心）资助项目、美国国家环境健康科学研究所、科赫研究所的Marble癌症纳米医学中心以及霍华德·休斯医学研究所共同资助。
