通常，使用計算機斷層掃描（CT）對可能患肺癌的高風險人群（例如吸煙者）進行常規篩查，以檢查肺部腫瘤。但是，此測試的假陽性率極高，因為它還會在肺部拾取良性結節。麻省理工學院的研究人員現在已經開發出一種新的肺癌早期診斷方法：一種尿液檢查，可以檢測與該疾病相關的蛋白質的存在。這種非侵入性測試可以減少假陽性的數量，并有助于在疾病的早期發現更多的腫瘤。

早期發現對于肺癌非常重要，因為在腫瘤擴散到體內較遠位置之前被發現的患者的五年生存率至少高出六倍。

“如果您關注癌癥診斷和治療領域，人們就會重新認識到早期癌癥檢測和預防的重要性。我們確實需要能夠使我們能夠攔截并盡早介入的新技術，以便我們能夠看到癌癥。”約翰·多蘿西·威爾遜（John and Dorothy Wilson）衛生科學與技術和電氣工程與計算機科學教授，麻省理工學院的科赫綜合癌癥研究所和醫學工程與科學研究所的成員。

Bhatia和她的同事發現，這項新的測試基于可以注射或吸入的納米粒子，可以在小鼠中檢測到小至2.8立方毫米的腫瘤。

Bhatia是該研究的高級作者，該研究今天發表在《科學轉化醫學》上。該論文的主要作者是麻省理工學院和哈佛大學的研究生Jesse Kirkpatrick和Ava Soleimany，以及前麻省理工學院的研究生安德魯·沃倫，他現在是Third Rock Ventures的合伙人。

靶向肺腫瘤

數年來，Bhatia的實驗室一直在開發可通過與稱為蛋白酶的酶相互作用來檢測癌癥的納米顆粒。這些酶通過切穿細胞外基質蛋白來幫助腫瘤細胞逃脫其原始位置。

為了找到這些蛋白質，巴蒂亞（Bhatia）創建了納米顆粒，該納米顆粒涂有被癌癥相關蛋白酶靶向的肽（蛋白質短片段）。顆粒堆積在腫瘤部位，在那里肽被切割，釋放出生物標志物，然后可以在尿液樣本中檢測到。

她的實驗室以前已經開發了結腸癌和卵巢癌傳感器，在他們的新研究中，研究人員希望將該技術應用于肺癌，每年在美國殺死約15萬人。接受CT篩查并獲得陽性結果的人經常接受活檢或其他侵入性檢查以尋找肺癌。Bhatia說，在某些情況下，此過程可能會導致并發癥，因此，無創性隨訪測試可能對確定哪些患者真正需要進行活檢有用。

她說：“ CT掃描是一個很好的工具，可以看到很多東西。” “問題在于，它發現的95%不是癌癥，現在您必須對太多測試陽性的患者進行活檢。”

為了定制針對肺癌的傳感器，研究人員分析了一個與癌癥相關的基因數據庫，稱為癌癥基因組圖譜，并確定了肺癌中富含的蛋白酶。他們創建了一組由14種肽包裹的納米顆粒，可以與這些酶相互作用。

然后，研究人員在兩種不同的癌癥小鼠模型中對傳感器進行了測試，這兩種小鼠模型都經過了基因突變處理，這些基因突變導致它們自然發展為肺部腫瘤。為了幫助防止可能來自其他器官或血液的背景噪音，研究人員將這些顆粒直接注入氣道。

使用這些傳感器，研究人員在三個時間點進行了診斷測試：腫瘤開始生長后的5周，7.5周和10.5周。為了使診斷更加準確，他們使用機器學習來訓練算法，以區分來自具有腫瘤的小鼠和沒有腫瘤的小鼠的數據。

通過這種方法，研究人員發現，他們可以在7.5周內準確地檢測出其中一種小鼠模型中的腫瘤，而這些腫瘤平均平均只有2.8立方毫米。在另一只小鼠品系中，可以在5周時檢測到腫瘤。傳感器的成功率也與在相同時間點執行的CT掃描的成功率相當或更好。

減少誤報

研究人員還發現，傳感器具有另一項重要功能-它們可以區分早期癌癥和肺部非癌性炎癥。吸煙人群中常見的肺部炎癥是CT掃描產生大量假陽性的原因之一。

Bhatia設想，對于在篩查測試中獲得陽性結果的人，可以將納米顆粒傳感器用作非侵入性診斷方法，從而有可能無需進行活檢。為了在人類中使用，她的團隊正在研究一種可以作為干粉或通過霧化器吸入的顆粒形式。另一個可能的應用是使用這些傳感器來監測肺部腫瘤對藥物或免疫療法等治療的反應程度。

Bhatia說：“下一步是將其引入已知癌癥并正在接受治療的患者中，以查看他們是否使用了正確的藥物。”

她還正在研究一種可用于區分病毒性和細菌性肺炎的傳感器版本，它可以幫助醫生確定哪些患者需要抗生素，甚至可以提供核酸檢測的補充信息，例如針對Covid開發的核酸檢測-19。由巴蒂亞（Bhatia）聯合創立的公司Glympse Bio也正在研究開發這種方法來代替活檢來評估肝病。

該研究由國家癌癥研究所，國家環境健康科學研究所，國家科學基金會，麻省理工學院路德維希分子腫瘤學中心，科赫研究所癌癥納米醫學中心，通過Upstage Lung Cancer和Johnson and Johnson的禮物捐贈了Koch Institute Frontier Research Program。

責任編輯：Ct