新癌癥診斷工具通過尿液顏色變化來檢測腫瘤
帝國理工學院和麻省理工學院的工程師開發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量。然而，癌癥篩查方法往往需要昂貴的設備以及到診所才可以進行，這在醫療基礎設施很少的農村或發展中國家可能是不可行的。因此，新興的即時診斷領域正致力于開發更便宜、更快速、更易于使用的測試。
發表在Nature Nanotechnology上的一篇文章已經開發了一種簡單快速有效的工具，當結腸癌出現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教授領導的團隊開發的早期技術是將納米傳感器注入小鼠體內，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，產生藍色變化。
研究人員將這項技術應用于患有結腸癌的小鼠，并發現相對于取自健康小鼠的測試樣本，來自荷瘤小鼠的尿液變為亮藍色。
Stevens教授說：“通過利用產生顏色變化的化學反應，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系起來。”
感應信號
當腫瘤生長和擴散時，它們通常會產生生物信號，稱為生物標記物，臨床醫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揮積極作用，并且大多數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，包括結腸腫瘤，產生高水平的幾種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載體上。
為了開發變色尿液測試，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蛋白復合物設計成在腫瘤微環境或血液中被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已經濃縮在尿液中，化學測試將產生肉眼可見的藍色變化。
在這項研究中，研究人員開發出了由特定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，只有患有結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出顏色變化。
該團隊還設計AuNC表面被免疫系統“看不見”以防止免疫反應或毒副作用，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，小鼠沒有出現副作用的跡象，也沒有證據表明蛋白質傳感器復合物或游離的Aunc殘留在小鼠體內。
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疾病的更多信息。然而，在技術超越實驗室之前，還需要進行大量的優化和測試。”
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。 “通過設計可以通過不同蛋白酶切割的傳感器版本，我們可以應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的方法，以區分癌癥和其他疾病。
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