医生用于诊断癌症的大多数测试(例如乳房 X 光检查、结肠镜检查和 CT 扫描)都基于成像。最近，研究人员还开发了分子诊断技术，可以检测在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们现在创造了一种新的诊断纳米粒子，它结合了这两个特征：它可以通过尿液测试揭示癌蛋白的存在，它可以作为成像剂，精确定位肿瘤位置。原则上，这种诊断可用于检测身体任何部位的癌症，包括从原始位置转移的肿瘤。

“这是一种非常广泛的传感器，旨在对原发肿瘤及其转移灶做出反应。它可以触发尿液信号，还可以让我们看到肿瘤的位置，”约翰和多萝西威尔逊健康科学教授和多萝西威尔逊教授桑吉塔巴蒂亚说。麻省理工学院技术与电气工程和计算机科学，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，Bhatia 和她的同事表明，该诊断可用于监测结肠癌的进展，包括转移性肿瘤向肺和肝脏的扩散。最终，他们希望它可以发展成为一种可以每年进行的常规癌症检测。

Bhatia 是该研究的资深作者，该研究今天发表在Nature Materials 上。该论文的第一作者是麻省理工学院研究科学家梁亮浩。

定位肿瘤

在过去几年中，Bhatia 一直在开发癌症诊断方法，该方法通过生成可以在尿液中轻松检测到的合成生物标志物来发挥作用。大多数癌细胞表达称为蛋白酶的酶，这些酶通过切割细胞外基质的蛋白质来帮助它们逃离原来的位置。Bhatia 的癌症检测纳米粒子涂有被这些蛋白酶切割的肽。当这些颗粒遇到肿瘤时，肽会被切割并排出尿液，在那里它们很容易被检测到。在肺癌动物模型中，这些生物标志物可以在早期检测出肿瘤的存在;然而，他们没有透露肿瘤的确切位置或肿瘤是否已经扩散到其起源器官之外。

在他们之前的努力的基础上，麻省理工学院的研究人员希望开发他们所谓的“多模式”诊断，它可以进行分子筛查(检测尿液信号)和成像，以准确告诉他们原始肿瘤和任何转移的位置。

为了修改粒子，使其也可用于 PET 成像，研究人员添加了一种称为铜 64的放射性示踪剂。他们还用一种肽包被，这种肽会被酸性环境(例如肿瘤中的微环境)所吸引，以诱导颗粒在肿瘤部位积聚。一旦它们到达肿瘤，这些肽就会将自身插入细胞膜，在背景噪音之上产生强大的成像信号。

研究人员在两种转移性结肠癌小鼠模型中测试了诊断颗粒，其中肿瘤细胞迁移到肝脏或肺部并在其中生长。在用一种常用于治疗结肠癌的化疗药物治疗后，研究人员能够使用尿液信号和显像剂来追踪肿瘤对治疗的反应。

研究人员还发现，与通常用于 PET 成像的策略相比，使用纳米粒子输送铜 64 具有优势。PET 示踪剂，称为 FDG，是一种放射性形式的葡萄糖，可被代谢活跃的细胞(包括癌细胞)吸收。然而，当暴露于 FDG 时，心脏会产生明亮的 PET 信号，该信号会掩盖来自附近肺部肿瘤的较弱信号。研究人员发现，使用酸敏感纳米颗粒在肿瘤环境中积累铜 64 可以提供更清晰的肺部肿瘤图像。

迈向癌症筛查

如果批准用于人类患者，Bhatia 设想这种诊断方法可用于评估患者对治疗的反应程度，以及长期监测肿瘤复发或转移，尤其是结肠癌。

“例如，可以每六个月对这些患者进行一次尿检监测。如果尿检呈阳性，他们可以使用相同药剂的放射性版本进行随访，以进行影像学研究，以表明疾病在哪里发生。传播。我们还认为，利用单一配方的两种测试模式可能会加快监管路径，”Bhatia 说。

从长远来看，她希望这项技术可以用作诊断工作流程的一部分，可以定期检测任何类型的癌症。

“我们的愿景是，您可以在筛查范式中使用它——单独或与其他测试结合使用——我们可以共同接触当今无法获得昂贵筛查基础设施的患者，”她说。“每年您都可以进行尿检作为一般检查的一部分。只有当尿检呈阳性时，您才会进行影像学研究，然后找出信号的来源。我们还有很多工作要做在科学上达到目标，但从长远来看，这就是我们想要去的地方。”

由 Bhatia 共同创立的公司 Glympse Bio 已经对早期版本的尿液诊断颗粒进行了 1 期临床试验，并发现它们对患者是安全的。