新的传感器可以提供肺肿瘤的早期检测

患有肺癌的高危人群，如烟瘾大的人，会定期用计算机断层扫描(CT)进行筛查，这可以检测出肺部的肿瘤。然而，这种检测有极高的假阳性率，因为它也能检测出肺部的良性结节。

麻省理工学院的研究人员现在已经开发出一种新的早期诊断方法肺癌： 一种尿检它可以检测到与疾病有关的蛋白质的存在。这种非侵入性检测可以减少假阳性的数量，并有助于在疾病的早期阶段发现更多的肿瘤。

早期检测对于肺来说非常重要癌症，因为在肿瘤扩散到身体其他部位之前就被检测到的患者，其5年生存率至少要高出6倍。

“如果你看看癌症诊断和治疗方法的领域，还有重新识别早期癌症检测和预防的重要性。我们真的需要新技术，这些技术将为我们提供能力，当我们拦截并介入时会看到癌症的能力早期，“Sangeeta Bhatia说，他是John and Dorothy Wilson卫生科学和技术和电气工程与计算机科学教授，以及麻省理工学院综合癌症研究所和医学工程学院学院的成员。

巴蒂亚和她的同事们发现，新的测试基于可注射或吸入的纳米颗粒，可以检测到小至2.8立方毫米的小鼠肿瘤。

Bhatia是该研究的高级作者，今天出现在科学转化医学。本文的牵头作者是麻省理工学院和哈佛大学研究生Jesse Kirkpatrick和Ava Soleimany，以及前麻省理工学院沃伦，现在是第三岩企业的助理。

针对肺肿瘤

几年来，巴蒂亚的实验室一直在开发纳米颗粒，这种纳米颗粒可以通过与蛋白酶相互作用来检测癌症。这些酶通过切断细胞外基质的蛋白质，帮助肿瘤细胞逃离它们原来的位置。

为了找到那些蛋白质，Bhatia产生涂有肽（短蛋白质片段）的纳米颗粒，其被癌族蛋白酶靶向。颗粒在肿瘤部位积聚，其中肽被切割，释放可以在尿液样品中检测的生物标志物。

她的实验室之前开发过用于结肠癌和卵巢癌的传感器，在他们的新研究中，研究人员希望将这项技术应用于肺癌。美国每年约有15万人死于肺癌。接受CT检查并得到阳性结果的人通常会进行活检或其他侵入性检查，以确定是否患有肺癌。Bhatia说，在某些情况下，这种方法可能会导致并发症，所以一个非侵入性的后续检测可能有助于确定哪些患者确实需要活检。

“CT扫描是一个可以看到很多东西的好工具，”她说。“问题是，它发现的95％的发现不是癌症，现在你必须对患者的活检太多患者进行活检。”

为了定制肺癌传感器，研究人员分析了一种称为癌症基因组地图集的癌症相关基因数据库，并鉴定肺癌丰富的蛋白酶。它们创造了一种14个肽涂覆的纳米颗粒，其可以与这些酶相互作用。

然后，研究人员在两种不同的小鼠癌症模型中测试了传感器，两者都是用遗传突变设计的，导致它们自然地发展肺肿瘤。为了帮助防止可能来自其他器官或血液的背景噪音，研究人员将颗粒直接注入气道。

使用这些传感器，研究人员在三个时间点进行了诊断测试：5周，7.5周和10.5周后瘤增长开始了。为了使诊断更准确，他们使用机器学习培训一种算法，区分具有肿瘤和小鼠的小鼠的数据。

通过这种方法，研究人员发现，他们可以在一种小鼠模型的7.5周内准确检测出肿瘤，当时肿瘤平均只有2.8立方毫米。在另一株小鼠中，肿瘤可在5周时检测到。传感器的成功率也与成功率在同一时间点进行CT扫描。

减少误报

研究人员还发现传感器具有另一个重要的能力 - 它们可以区分早期癌症和肺的非癌症炎症。肺炎，常见的人吸烟，是CT扫描产生这么多误报的原因之一。

Bhatia设想纳米粒子传感器可以用作在筛选上获得积极结果的人的非侵入性诊断测试，可能消除了对活组织检查的需求。为了在人类中使用，她的团队正在使用一种形式的颗粒，其可以吸入干粉或通过雾化器。另一个可能的应用是使用这些传感器来监测如何良好肺肿瘤反应治疗，例如药物或免疫治疗。

巴提亚说:“下一步最重要的是将这种方法应用到已经患过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版本，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患者需要抗生素，甚至可能为正在开发的Covid-19核酸检测提供补充信息。Bhatia联合创立的Glympse Bio公司也在开发这种方法，以取代肝疾病评估中的活检。

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