MIT科学家研发的纳米颗粒可以充当癌症的生物标记物
美国麻省理工学院的科学家开发了一种新的技术，可以让生物标记检测变得更加简单。由Sangeeta Bhatia领导的这项研究开发的纳米颗粒可以进入到肿瘤，并与癌症蛋白互相反应产生数千的生物标记物，从而实现利用患者尿液即可检测到这些生物标记物。
Bhatia介绍说，这种生物标记物放大系统可以用于监控疾病的发展，以及跟踪肿瘤对治疗的反应。Sangeeta Bhatia是MIT的健康科学与技术、电子工程与计算科学教授。
“对生物标记物的寻找非常迫切，以便用于早期检测或疾病预后，或者是研究机体对治疗的反应，”Bhatia说道。她补充说，由于基因组研究已经证实许多的癌症，例如乳腺癌，实际上是具有不同遗传特征的多种疾病的集合，因此研究十分复杂。
放大癌症信号
癌症细胞会产生健康细胞没有的多种蛋白质。但是，这些蛋白质在血液中通常被稀释得几乎难以被检测到。最近来自斯坦福大学的一项研究发现，对于卵巢癌和乳腺癌，即便是利用已经发现的最好的生物标记物进行检测，也无法在肿瘤形成的8到10年内检测出肿瘤。
“细胞确实在产生生物标记物，但是其产能有限，”Bhatia说。但是如果能够将某种东西递送至肿瘤并将生物标记物的信号放大会怎么样呢？
Bhatia的实验室有了意外的收获，他们研发的一种纳米颗粒可以用来检测癌症生物标记物。这种纳米颗粒起初的研究目的是被用做肿瘤成像，它们能与蛋白酶（一种能将蛋白质水解为小片段的酶）发生反应。
癌细胞经常会产生叫做MMP的蛋白酶。这类蛋白酶帮助癌细胞脱离它们原来的位置而四处扩散，其原理是MMP可以切开将癌细胞固定在原位的细胞外基质。
研究人员在他们的纳米颗粒外包被上可作为MMP蛋白酶底物的多肽。处理后的纳米颗粒在肿瘤位置积累，随后癌细胞产生的蛋白酶将纳米颗粒上的多肽切断并使之释放至血管中。
被肿瘤细胞MMP处理后的小肽段很快就在肾脏积累并通过尿液排出，利用质谱技术即可对它们进行检测。
斯坦福大学医学院放射学部的主席Sanjiv Gambhir表示这种令人激动的新系统克服了身体内癌症生物标记物不足的问题。
与众不同的信号
为了让生物标记物的读物尽可能精确，研究人员将他们的纳米颗粒设计为携带10种不同的多肽，每一种多肽可被不同的MMP蛋白酶切断。这些多肽在大小上各不相同，很容易通过质谱检测进行分辨。这种方法可以让研究人员区分与不同肿瘤类型有关的不同型号。
在这项研究中，研究人员利用他们的纳米颗粒检测了小鼠中的早期结直肠癌，并对肝纤维化的进展进行监测。
肝纤维化是由于肝脏损伤或慢性肝病导致的肝脏疤痕的积累过程。肝纤维化患者并须通过活体组织检查对病情进行定期监测，以确保他们获得了恰当的治疗。这种监测手段非常费钱且具有伤害性。在小鼠中，研究人员发现利用纳米颗粒技术可以比利用活体组织检测更快地获得反馈。
研究人员还发现，他们的纳米颗粒技术可以准确地反应结直肠癌的早期形成。在后续研究中，研究人员正在对这种颗粒检测肿瘤对化疗的反应以及检测新陈代谢的能力进行研究。
Mass-encoded synthetic biomarkers for multiplexed urinary monitoring of disease
Gabriel A Kwong et al.
Biomarkers are becoming increasingly important in the clinical management of complex diseases, yet our ability to discover new biomarkers remains limited by our dependence on endogenous molecules. Here we describe the development of exogenously administered 'synthetic biomarkers' composed of mass-encoded peptides conjugated to nanoparticles that leverage intrinsic features of human disease and physiology for noninvasive urinary monitoring. These protease-sensitive agents perform three functions in vivo: they target sites of disease, sample dysregulated protease activities and emit mass-encoded reporters into host urine for multiplexed detection by mass spectrometry. Using mouse models of liver fibrosis and cancer, we show that these agents can noninvasively monitor liver fibrosis and resolution without the need for invasive core biopsies and substantially improve early detection of cancer compared with current clinically used blood biomarkers. This approach of engineering synthetic biomarkers for multiplexed urinary monitoring should be broadly amenable to additional pathophysiological processes and point-of-care diagnostics.
文献链接：Mass-encoded synthetic biomarkers for multiplexed urinary monitoring of disease
