帝國理工學院和麻省理工學院的工程師開發(fā)了一種簡單而敏感的尿液測試，通過尿液的顏色變化來檢測小鼠體內(nèi)腫瘤的生長。

　　在早期階段檢測癌癥的工具可以提高患者的生存率和生活質(zhì)量。然而，癌癥篩查方法往往需要昂貴的設(shè)備以及到診所才可以進行，這在醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施很少的農(nóng)村或發(fā)展中國家可能是不可行的。因此，新興的即時診斷領(lǐng)域正致力于開發(fā)更便宜、更快速、更易于使用的測試。

　　發(fā)表在Nature Nanotechnology上的一篇文章已經(jīng)開發(fā)了一種簡單快速有效的工具，當結(jié)腸癌出現(xiàn)時可以改變小鼠尿液的顏色。

　　由帝國理工學院的Molly Stevens教授和麻省理工學院的Sangeeta Bhatia教授領(lǐng)導的團隊開發(fā)的早期技術(shù)是將納米傳感器注入小鼠體內(nèi)，這些納米傳感器被腫瘤釋放的酶(稱為蛋白酶)切斷。當納米傳感器被蛋白酶破壞時，它們會穿過腎臟，在尿液檢測后可以用肉眼看到，產(chǎn)生藍色變化。

　　研究人員將這項技術(shù)應(yīng)用于患有結(jié)腸癌的小鼠，并發(fā)現(xiàn)相對于取自健康小鼠的測試樣本，來自荷瘤小鼠的尿液變?yōu)榱了{色。

　　Stevens教授說：“通過利用產(chǎn)生顏色變化的化學反應(yīng)，可以在不需要昂貴且難以使用的實驗室儀器的情況下進行該測試。簡單的讀數(shù)可能會被智能手機拍攝，并傳輸給遠程護理人員，以便將患者與治療聯(lián)系起來。”

　　感應(yīng)信號

　　當腫瘤生長和擴散時，它們通常會產(chǎn)生生物信號，稱為生物標記物，臨床醫(yī)生用它來檢測和跟蹤疾病。然而，并非所有生物標志物在腫瘤生長中都發(fā)揮積極作用，并且大多數(shù)生物標志物以如此少的量存在以至于它們可能難以找到。

　　被稱為基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的一類腫瘤蛋白作為潛在的生物標志物已引起關(guān)注，因為這些酶通過咀嚼通常使細胞保持在適當位置的組織支架來幫助促進腫瘤的生長和擴散。

　　許多癌癥類型，包括結(jié)腸腫瘤，產(chǎn)生高水平的幾種MMP酶，包括一種稱為MMP9。

　　在這項研究中，Imperial-MIT團隊開發(fā)了納米傳感器，其中超小金納米團簇(AuNCs)通過MMP9s斷裂的鏈接連接到蛋白質(zhì)載體上。

　　為了開發(fā)變色尿液測試，研究人員使用了兩種AuNC特性——它們具有非常小的尺寸(<2納米)，以及當用化學底物和過氧化氫處理時它們能夠引起藍色變化的能力。

　　研究人員將AuNC蛋白復合物設(shè)計成在腫瘤微環(huán)境或血液中被MMPs切割后進行分解。當分開時，釋放的AuNCs通過血液傳播并且足夠小以通過腎臟過濾到尿液中。

　　在沒有高MMP水平的健康小鼠中，復合物保持完整，并且太大而不能進入尿液。如果AuNCs已經(jīng)濃縮在尿液中，化學測試將產(chǎn)生肉眼可見的藍色變化。

　　在這項研究中，研究人員開發(fā)出了由特定MMP切割的傳感器，并在小鼠中進行了測試。研究人員證明，在對28只注射傳感器的小鼠進行的研究中，他們的顏色變化測試可以準確地檢測哪些尿樣來自患有結(jié)腸腫瘤的小鼠，其中14只小鼠是健康的，14只是有腫瘤的。

　　在化學處理的半小時內(nèi)，只有患有結(jié)腸腫瘤的小鼠的尿液具有強烈的藍色。相反，來自健康對照小鼠的尿液沒有表現(xiàn)出顏色變化。

　　該團隊還設(shè)計AuNC表面被免疫系統(tǒng)“看不見”以防止免疫反應(yīng)或毒副作用，并防止大量血清蛋白粘附在它們上，這會使納米傳感器太大而無法被腎臟過濾。

　　在納米傳感器給藥后的4周隨訪中，小鼠沒有出現(xiàn)副作用的跡象，也沒有證據(jù)表明蛋白質(zhì)傳感器復合物或游離的Aunc殘留在小鼠體內(nèi)。

　　帝國材料部的共同第一作者Colleen Loynachan博士說：“AuNCs類似于臨床上用于腫瘤成像的材料，但在這里我們利用它們獨特的特性為我們提供有關(guān)疾病的更多信息。然而，在技術(shù)超越實驗室之前，還需要進行大量的優(yōu)化和測試。”

　　可訪問的診斷

　　接下來，該團隊將通過在其他動物模型中測試傳感器來提高傳感器的特異性和靈敏度，以研究診斷的準確性和安全性。

　　“蛋白酶在癌癥、傳染病、炎癥和血栓形成等多種疾病中發(fā)揮作用，”哈佛大學和麻省理工學院的共同第一作者Ava Soleimany說。 “通過設(shè)計可以通過不同蛋白酶切割的傳感器版本，我們可以應(yīng)用這種基于顏色的測試來檢測多種條件。”

　　研究人員正在開發(fā)一種更易于管理的配方，并確定使傳感器對多種生物標志物有反應(yīng)的方法，以區(qū)分癌癥和其他疾病。