简单的纸测试可以使早期癌症诊断

麻省理工学院的工程师们设计了一个新的纳米传感器,使早期诊断癌症的一个简单的尿液测试。传感器,可以检测到许多不同的癌蛋白,也可以用来区分肿瘤的类型或如何应对治疗。

纳米粒子设计,当他们遇到一个肿瘤,他们流短序列的DNA在尿液中排出。分析这些DNA“条形码”可以揭示特定病人的肿瘤的特点。研究者们设计他们的测试,以便它可以执行使用一条纸,类似于一个家庭Covid测试,他们希望能尽可能许多病人负担得起、享受得到的服务。

“我们试图在一个上下文创新的技术提供给低收入和middle-resource设置。在纸上把这个诊断是民主化的目标诊断的一部分,创造廉价的技术,可以给你一个快速回答的照顾,”多萝西和约翰威尔逊教授桑吉塔•巴蒂亚说的健康科学和技术和麻省理工学院的电气工程和计算机科学和麻省理工学院的一个成员的科赫研究所综合癌症研究和医学工程研究所和科学。

在小鼠试验中,研究人员发现,他们可以使用传感器来检测活动的五个不同的酶表达的肿瘤。他们还表明,他们的方法可以扩大区分至少46不同DNA条形码在一个示例中,使用微流体设备分析样本。

Bhatia是论文的资深作者,发表在自然纳米技术。Liangliang,前麻省理工学院的科学家现在是波士顿大学生物医学工程助理教授是这项研究的第一作者。

DNA条形码

几年来,Bhatia的实验室发展“合成生物标志物”,可以用来诊断癌症。这项工作建立在检测癌症生物标记物的概念,如蛋白质或循环肿瘤细胞,在病人的血液样本。这些天然生物标志物是如此罕见,几乎不可能找到他们,特别是在早期阶段,但是合成生物标志物可以使用放大规模小肿瘤内发生的变化。

在以往的研究中,巴蒂亚创建纳米粒子能够检测蛋白酶酶的活动,帮助肿瘤细胞逃避他们原来的位置,或者适应新的,通过减少蛋白质的细胞外基质。纳米粒子涂以不同的蛋白酶裂解肽,一旦这些肽释放到血液中,他们可以集中,更容易检测到尿液样本。

原肽生物标志物是为了被发现基于小工程质量的变化,使用质谱仪。这种设备可能不可以在资源匮乏的地区,所以研究人员着手开发传感器,可以更容易分析和经济化,使用DNA条形码,可以阅读使用CRISPR技术。

这种方法起作用,研究人员必须使用一种叫做phosphorothioate的化学改性防止循环DNA条形码记者分解血液中。这一修改已被用来提高现代核糖核酸疫苗的稳定性,使他们能够在体内存活时间更长。

类似于肽记者,每个DNA条形码由链接器附加到纳米颗粒可以通过一个特定的蛋白酶裂解。如果存在蛋白酶,DNA分子被释放和自由流通,最终结束了尿液中。在这项研究中,研究人员使用两种不同类型的纳米粒子:一,一个粒子制成的聚合物被fda批准用于人类,而另一个“nanobody”——一种抗体片段,可以设计积累在肿瘤部位。

一旦传感器中分泌尿液,样本可以分析使用纸带承认记者CRISPR被激活的酶称为Cas12a。当一个特定的DNA条形码存在于样本,Cas12a放大信号,以便它可以被视为一个黑暗地带笔试。

粒子可以携带不同的DNA条形码,每一个都检测到一个不同类型的蛋白酶活性,它允许多路复用传感。使用大量的传感器提供了一个提高敏感性和特异性,让测试更容易区分肿瘤类型。

疾病签名

在小鼠试验中,研究人员表明,五个DNA条形码能够准确区分第一次出现在肺部肿瘤和肿瘤形成的结直肠癌细胞已经转移到肺部。

“我们的目标是建立疾病签名,是否我们可以使用这些编码板不仅读出一种疾病,而且对疾病进行分类或区分不同的癌症,”郝先生说。

用于人类,研究人员认为他们可能需要使用超过五条形码,因为有这么多种类之间的病人的肿瘤。帮助达到这一目标,他们曾与麻省理工和哈佛大学的研究人员领导的哈佛大学教授当然喽Sabeti,创建一个微流控芯片,可以用来阅读46个不同DNA条形码从一个样本。

关于这类测试的介绍不仅可以用于检测癌症,而且测量病人的肿瘤对治疗和治疗后是否复发。研究人员目前正在致力于进一步发展的粒子测试它们在人类的目标。Bhatia Glympse生物公司共同创立,表现1期临床试验的早期版本尿诊断粒子,发现他们在病人是安全的。

除了Bhatia,郝Sabeti,这项研究的合作者包括蕾妮·t·赵,妮可·l·韦尔奇爱德华Kah魏Tan钟钱,努尔赛达Harzallah, Chayanon Ngambenjawong,亨利Ko,希瑟·e·弗莱明。

参考:郝L,赵RT,韦尔奇问,et al . CRISPR-Cas-amplified尿多路复用和便携式癌症诊断生物标记。Nat Nanotechnol。2023年4月24日在线发表。doi:10.1038 / s41565 - 023 - 01372 - 9

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