可吸入纳米传感器可以增加肺癌筛查的机会 – 物理世界

可吸入纳米传感器可以增加肺癌筛查的机会 – 物理世界

时间戳：8年2024月4日上午30:XNUMX

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/inhalable-nanosensors-could-increase-access-to-lung-cancer-screening-physics-world-2.jpg" data-caption="吸气并检测 PATROL 诊断平台结合了可吸入纳米颗粒传感器和低成本侧流检测。下图显示了颗粒的扫描电子显微照片，这些颗粒涂有纳米传感器，可与肺部癌症相关蛋白相互作用。 （由 CC BY-ND/MIT 研究人员提供）”> PATROL 诊断平台使用可吸入纳米颗粒传感器
吸气并检测 PATROL 诊断平台结合了可吸入纳米颗粒传感器和低成本侧流检测。下图显示了颗粒的扫描电子显微照片，这些颗粒涂有纳米传感器，可与肺部癌症相关蛋白相互作用。 （由 CC BY-ND/MIT 研究人员提供）

低剂量 CT 是诊断高危人群肺癌的金标准技术，在临床试验中已将肺癌死亡率降低了 20-25%。然而，在资源匮乏的地区，这种筛查技术的使用可能受到限制，导致这些地区的肺癌死亡率过高。麻省理工学院的研究人员（麻省理工学院简介）希望通过开发基于吸入纳米颗粒传感器的简单测试来解决肺癌早期检测中的这种不平等问题。

新的筛选测试，描述于 科学进展，是一个名为 PATROL 的无针诊断平台，集成了三个模块：基于活动的纳米传感器（ABN）；便携式吸入装置；以及可多重纸质侧流分析 (LFA)。

ABN 由聚合物纳米颗粒与报告基因（例如合成 DNA 条形码）通过肽底物结合而成。为了确定一组具有高预测能力的最小探针，研究人员检查了一个候选肽库，这些肽在接触癌症相关蛋白酶后会被裂解。他们选择了 20 种肽作为潜在的纳米传感器，并在小鼠身上进行了测试，以确定可能提供准确诊断结果的四种 ABN 的组合。

为了进行筛查测试，患者吸入 ABN，这些 ABN 被配制成微米大小的气雾剂，以优化在肺部的沉积。如果这些纳米传感器遇到癌症生物标志物，例如与肺癌相关的蛋白酶，DNA条形码就会从颗粒上裂解并释放到循环系统中，最终浓缩在尿液中。然后可以使用基于 LFA 的尿液测试来检测这些报告基因。

为了快速分析尿液样本而不需要复杂的实验室设备，该团队开发了 LFA，可以在室温下量化单个纸条上的四种不同的 DNA 条形码。由于纳米传感器是使用雾化器或手持式吸入器提供的，因此患者可以在家中自行进行 PATROL 测试。

“我们确实在推动这种检测在资源匮乏的情况下进行现场护理，所以我们的想法是不进行任何样本处理，不进行任何扩增，只是为了能够将样本正确地放在纸上并在 20 分钟内读完”，资深作者说道 桑吉塔·巴蒂亚（Sangeeta Bhatia） 在一份新闻声明中。

研究人员指出，PATROL 可能会对 CT 扫描仪尚未普及的低收入和中等收入国家产生特别重大的影响。 “我们的目标是提供一种能够以高特异性和敏感性检测癌症的方法，同时降低可及性的门槛，从而有望改善肺癌早期检测的资源差距和不平等，”共同主要作者补充道 钱忠.

体内 评定

研究人员测试了纳米传感器是否可以检测小鼠的肺癌，并在肿瘤开始形成 7.5 周后对动物进行检查（可能与人类的 1 期或 2 期癌症相关）。他们指出，虽然干粉吸入器在人类体内具有良好的深肺沉积作用，但它们是呼吸驱动的，不适合啮齿动物。因此，他们将小鼠放入吸入塔中，并将它们暴露在雾化纳米传感器中。

吸入 ABN 两小时后，研究人员收集了动物的尿液样本，并使用质谱法对报告基因进行了定量。他们发现，暴露于肿瘤微环境的底物会将 DNA 条形码释放到循环中，并且来自所有四个报告基因的尿液信号在荷瘤小鼠和健康小鼠之间存在差异。使用无监督的算法方法可以将所有荷瘤小鼠与健康小鼠区分开来。

他们的结论是，可吸入 ABN“在早期检测小鼠原发性肺腺癌方面表现出强大的能力”。

吸气并检测

最后，研究人员测试了整个“吸入和检测”PATROL平台的性能。他们合成了直径约 15 nm 的 DNA 编码 ABN，并使用相同的肺癌小鼠模型和雾化器输送来验证使用 LFA 的尿液 DNA 报告基因检测。

比较每个条形码的尿液浓度揭示了健康小鼠和患有癌症的小鼠之间所报告的三个探针（但不是第四个）的裂解存在显着差异。使用 LFA 检测到的尿液读数显示出与质谱测量结果相似的信噪比。同样，无监督聚类算法可以对所有患有早期肺癌的小鼠进行分类。

受试者工作特征 (ROC) 分析表明，其中三个探针可作为有效的单一分类器，ROC 曲线下面积 (AUC) 值为 0.82、0.88 和 0.85。组合四个探针将 AUC 增加到 0.93。 LFA 具有 100% 的特异性，检测 DNA 报告基因的灵敏度为 75.2%，与微型 CT 相当。

研究小组还检查了可吸入 ABN 的安全性，发现通过雾化输送单剂量 ABN 后 7 天，小鼠没有出现一般毒性或脉管系统堵塞。

研究人员总结道：“总的来说，PATROL 具有巨大的临床潜力，不仅可以在早期阶段实现灵敏和特异的肺癌检测，而且可以在资源有限的环境中轻松部署。”接下来，他们计划分析人体活检样本，看看传感器面板是否也可以检测人类癌症，并希望随后在人类患者中进行临床试验。

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