作者:张梦然 来源:?科技日报 发布时间:2024/1/8 16:48:04
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吸入式传感器实现早期肺癌检测

 

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工程师设计了可雾化和吸入的诊断颗粒。底部是颗粒的扫描电子显微照片,这些颗粒涂有纳米传感器,可与肺部癌症相关蛋白相互作用。图片来源:麻省理工学院

美国麻省理工学院研究人员开发出一项新技术,可使诊断肺癌变得像吸入纳米颗粒传感器一样简单,然后进行尿检就可揭示是否存在肿瘤。研究成果发表在《科学进展》杂志上。

新的诊断基于一种吸入器或雾化器提供的纳米传感器。如果传感器在肺部遇到与癌症相关的蛋白质,它们就会产生信号,并在尿液中积累,然后用简单的纸质测试条检测到。

这种方法有可能取代或补充目前诊断肺癌的黄金标准——低剂量计算机断层扫描(CT)。研究人员表示,这可能会对CT扫描仪尚未普及的低收入和中等收入国家产生特别重大的影响。

这些传感器由涂有报告基因(例如DNA条形码)的聚合物纳米颗粒组成,当传感器遇到蛋白酶,报告基因就会从颗粒上裂解下来,而蛋白酶在肿瘤中通常过于活跃。

以前版本的传感器针对的是肝脏和卵巢等其他癌症部位,设计用于静脉注射。对于肺癌诊断,研究人员此次希望创建一种可吸入版本,使其更容易在资源较低的环境中部署。

为实现这一目标,研究人员创建了两种颗粒配方:一种可雾化并用喷雾器输送的溶液,以及一种可使用吸入器输送的干粉。

一旦颗粒到达肺部,它们就会被吸收到组织中,并在那里遇到可能存在的任何蛋白酶。人类细胞可表达数百种不同的蛋白酶,其中一些在肿瘤中过度活跃,它们通过切割细胞外基质的蛋白质帮助癌细胞逃离其原始位置。这些癌性蛋白酶从传感器上切割DNA条形码,使条形码在血液中循环,直到通过尿液排出体外。

研究人员创建了一种侧流分析方法,可使用纸质测试条检测条形码。

研究人员设计的试纸可检测多达4个不同的DNA条形码,每个条形码都表明存在不同的蛋白酶。尿液样本无需预处理或处理,获得样本后约20分钟即可读取结果。

研究人员在小鼠身上测试了诊断系统,这些小鼠经过基因工程改造,可产生与人类相似的肺部肿瘤。这些传感器是在肿瘤开始形成7.5周后施用的,这个时间点可能与人类Ⅰ期或Ⅱ期癌症相关。

在第一组小鼠实验中,研究人员测量了20种不同传感器的水平,这些传感器旨在检测不同的蛋白酶。研究人员使用机器学习算法分析这些结果,确定了仅4个传感器的组合,预计可提供准确的诊断结果。然后他们在小鼠模型中测试了这种组合,发现它可准确检测早期肺部肿瘤。

研究人员表示,对于人类来说,可能需要更多的传感器来作出准确的诊断,但这可以通过使用多个纸带来实现,每个纸带可检测4种不同的DNA条形码。

 
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