Nanopartikler forstærker tumorsignaler, gør dem meget nemmere at opdage i urinen

At finde måder at diagnosticere kræft på tidligere kunne i høj grad forbedre chancerne for overlevelse for mange patienter. En måde at gøre dette på er at lede efter specifikke proteiner, der udskilles af kræftceller, som cirkulerer i blodbanen. Imidlertid, mængden af ​​disse biomarkører er så lav, at det har vist sig svært at opdage dem.

En ny teknologi udviklet på MIT kan være med til at gøre detektion af biomarkører meget lettere. Forskerne, ledet af Sangeeta Bhatia, har udviklet nanopartikler, der kan huse en tumor og interagere med kræftproteiner for at producere tusindvis af biomarkører, som så let kan spores i patientens urin.

Dette biomarkør-amplifikationssystem kan også bruges til at overvåge sygdomsprogression og spore, hvordan tumorer reagerer på behandling, siger Bhatia, John og Dorothy Wilson professor i sundhedsvidenskab og teknologi og elektroteknik og datalogi ved MIT.

"Der er en desperat søgen efter biomarkører, til tidlig opdagelse eller sygdomsprognose eller ser på hvordan kroppen reagerer på terapi, " siger Bhatia, som også er medlem af MIT's David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research. Hun tilføjer, at søgningen har været kompliceret, fordi genomiske undersøgelser har afsløret, at mange kræftformer, såsom brystkræft, er faktisk grupper af flere sygdomme med forskellige genetiske signaturer.

MIT-teamet, arbejder med forskere fra Beth Israel Deaconess Medical Center, beskrev den nye teknologi i et papir, der udkom i Natur bioteknologi den 16. december. Bladets hovedforfatter er Gabriel Kwong, en postdoc i MIT's Institute for Medical Engineering and Science og Koch Institute.

Forstærker kræftsignaler

Kræftceller producerer mange proteiner, der ikke findes i raske celler. Imidlertid, disse proteiner er ofte så fortyndet i blodbanen, at de er næsten umulige at identificere. En nylig undersøgelse fra Stanford University-forskere fandt, at selv ved at bruge de bedste eksisterende biomarkører for kræft i æggestokkene, og den bedste teknologi til at opdage dem, en ovariesvulst ville ikke blive fundet før otte til 10 år efter, at den er dannet.

"Cellen laver biomarkører, men det har begrænset produktionskapacitet, " Bhatia siger. "Det var da, vi havde dette 'aha'-øjeblik:Hvad hvis du kunne levere noget, der kunne forstærke det signal?"

Serendipitalt, Bhatias laboratorium arbejdede allerede på nanopartikler, der kunne bruges til at påvise kræftbiomarkører. Oprindeligt beregnet som billeddannende midler til tumorer, partiklerne interagerer med enzymer kendt som proteaser, som spalter proteiner i mindre fragmenter.

Kræftceller producerer ofte store mængder proteaser kendt som MMP'er. Disse proteaser hjælper kræftceller med at undslippe deres oprindelige placering og spredes ukontrolleret ved at skære gennem proteiner i den ekstracellulære matrix, som normalt holder celler på plads.

Forskerne beklædte deres nanopartikler med peptider (korte proteinfragmenter) målrettet af flere af MMP-proteaserne. De behandlede nanopartikler ophobes på tumorsteder, gør deres vej gennem de utætte blodkar, der typisk omgiver tumorer. der, proteaserne spalter hundredvis af peptider fra nanopartiklerne, frigive dem til blodbanen.

Peptiderne akkumuleres hurtigt i nyrerne og udskilles i urinen, hvor de kan påvises ved hjælp af massespektrometri.

Dette nye system er en spændende tilgang til at overvinde problemet med knaphed på biomarkører i kroppen, siger Sanjiv Gambhir, formand for afdelingen for radiologi ved Stanford University School of Medicine. "I stedet for at være afhængig af kroppen til naturligt at udskille biomarkører, du prøver på stedet af interesse og forårsager, at biomarkører, som du har udviklet, frigives, " siger Gambhir, som ikke var en del af forskerholdet.

Særprægede signaturer

For at gøre biomarkøraflæsningerne så præcise som muligt, forskerne designet deres partikler til at udtrykke 10 forskellige peptider, som hver spaltes af en anden af ​​snesevis af MMP-proteaser. Hvert af disse peptider har en forskellig størrelse, gør det muligt at skelne dem med massespektrometri. Dette skulle give forskere mulighed for at identificere forskellige signaturer forbundet med forskellige typer tumorer.

I dette studie, forskerne testede deres nanopartiklers evne til at opdage de tidlige stadier af kolorektal cancer hos mus, og at overvåge progressionen af ​​leverfibrose.

Leverfibrose er en ophobning af ardannelse som reaktion på leverskade eller kronisk leversygdom. Patienter med denne tilstand skal regelmæssigt overvåges ved biopsi, som er dyrt og invasivt, for at sikre, at de får den rigtige behandling. Hos mus, forskerne fandt ud af, at nanopartiklerne kunne tilbyde meget hurtigere feedback end biopsier.

De fandt også ud af, at nanopartiklerne nøjagtigt kunne afsløre den tidlige dannelse af kolorektale tumorer. I igangværende undersøgelser, holdet studerer partiklernes evne til at måle tumorrespons på kemoterapi og til at påvise metastaser.

Forskningen blev finansieret af National Institutes of Health og Kathy and Curt Marble Cancer Research Fund.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.