En ikke-invasiv test til at opdage kræftceller og lokalisere deres placering

De fleste af de test, som læger bruger til at diagnosticere kræft - såsom mammografi, koloskopi, og CT-scanninger - er baseret på billeddannelse. For nylig, forskere har også udviklet molekylær diagnostik, der kan detektere specifikke kræft-associerede molekyler, der cirkulerer i kropsvæsker som blod eller urin.

MIT-ingeniører har nu skabt en ny diagnostisk nanopartikel, der kombinerer begge disse funktioner:Den kan afsløre tilstedeværelsen af ​​kræftproteiner gennem en urintest, og det fungerer som et billeddannende middel, lokalisering af tumorens placering. I princippet, denne diagnostik kan bruges til at opdage kræft hvor som helst i kroppen, herunder tumorer, der har metastaseret fra deres oprindelige placeringer.

"Dette er en virkelig bred sensor beregnet til at reagere på både primære tumorer og deres metastaser. Den kan udløse et urinsignal og også give os mulighed for at visualisere, hvor tumorerne er, " siger Sangeeta Bhatia, John og Dorothy Wilson professor i sundhedsvidenskab og teknologi og elektroteknik og datalogi ved MIT og medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research og Institute for Medical Engineering and Science.

I en ny undersøgelse, Bhatia og hendes kolleger viste, at diagnosen kunne bruges til at overvåge udviklingen af ​​tyktarmskræft, herunder spredning af metastatiske tumorer til lunge og lever. Til sidst, de håber, at det kunne udvikles til en rutinemæssig kræfttest, der kunne udføres årligt.

Bhatia er seniorforfatter af undersøgelsen, som vises i dag i Naturmaterialer . Artiklens hovedforfatter er MIT-forsker Liangliang Hao.

Lokalisering af tumorer

I løbet af de sidste mange år, Bhatia har udviklet kræftdiagnostik, der virker ved at generere syntetiske biomarkører, der let kan påvises i urinen. De fleste kræftceller udtrykker enzymer kaldet proteaser, som hjælper dem med at undslippe deres oprindelige placeringer ved at skære igennem proteiner i den ekstracellulære matrix. Bhatias kræftdetekterende nanopartikler er belagt med peptider, der spaltes af disse proteaser. Når disse partikler støder på en tumor, peptiderne spaltes og udskilles i urinen, hvor de let kan opdages. I dyremodeller af lungekræft, disse biomarkører kan opdage tilstedeværelsen af ​​tumorer tidligt; imidlertid, de afslører ikke den nøjagtige placering af tumoren, eller om tumoren har spredt sig ud over dets oprindelsesorgan.

Bygger på deres tidligere indsats, MIT-forskerne ønskede at udvikle, hvad de kalder en "multimodal" diagnostik, som kan udføre både molekylær screening (detektion af urinsignalet) og billeddannelse, at fortælle dem præcis, hvor den oprindelige tumor og eventuelle metastaser er placeret.

For at modificere partiklerne, så de også kan bruges til PET-billeddannelse, forskerne tilføjede et radioaktivt sporstof kaldet kobber-64. De har også belagt dem med et peptid, der tiltrækkes af sure miljøer, såsom mikromiljøet i tumorer, at få partiklerne til at akkumulere på tumorsteder. Når de når en tumor, disse peptider indsætter sig selv i cellemembraner, skabe et stærkt billedsignal over baggrundsstøj.

Forskerne testede de diagnostiske partikler i to musemodeller af metastatisk tyktarmskræft, hvor tumorceller rejser til og vokser i leveren eller lungerne. Efter behandling med et kemoterapilægemiddel, der almindeligvis anvendes til behandling af tyktarmskræft, forskerne var i stand til at bruge både urinsignalet og billeddannelsesmidlet til at spore, hvordan tumorerne reagerede på behandlingen.

Forskerne fandt også ud af, at levering af kobber-64 med deres nanopartikler giver en fordel i forhold til den strategi, der typisk bruges til PET-billeddannelse. PET-sporeren, kendt som FDG, er en radioaktiv form for glukose, der optages af metabolisk aktive celler, herunder kræftceller. Imidlertid, hjertet genererer et lyst PET-signal, når det udsættes for FDG, og det signal kan skjule svagere signaler fra nærliggende lungetumorer. Brug af syrefølsomme nanopartikler til at akkumulere kobber-64 i tumormiljøet giver et meget klarere billede af lungetumorer, fandt forskerne.

Mod kræftscreening

Hvis godkendt til brug hos mennesker, Bhatia forestiller sig, at denne form for diagnostik kan være nyttig til at evaluere, hvor godt patienter reagerer på behandling, og til langtidsovervågning af tumortilbagefald eller metastaser, især for tyktarmskræft.

"Disse patienter kunne overvåges med urinversionen af ​​testen hver sjette måned, for eksempel. Hvis urinprøven er positiv, de kunne følge op med en radioaktiv version af det samme middel til en billeddiagnostisk undersøgelse, der kunne indikere, hvor sygdommen havde spredt sig. Vi mener også, at reguleringsvejen kan accelereres med begge testmetoder, der udnytter en enkelt formulering, " siger Bhatia.

På længere sigt, hun håber, at denne teknologi kan bruges som en del af en diagnostisk arbejdsgang, der kan gives med jævne mellemrum for at opdage enhver form for kræft.

"Visionen er, at man kunne bruge dette i et screeningsparadigme – alene eller sammen med andre tests – og vi kunne i fællesskab nå ud til patienter, der ikke har adgang til dyr screeningsinfrastruktur i dag, ", siger hun. "Hvert år kunne du få en urinprøve som en del af en generel kontrol. Du ville kun lave en billedundersøgelse, hvis urintesten bliver positiv for derefter at finde ud af, hvor signalet kommer fra. Vi har meget mere arbejde at gøre med videnskaben for at nå dertil, men det er der, vi gerne vil hen på sigt«.

Glympse Bio, en virksomhed medstiftet af Bhatia, har udført fase 1 kliniske forsøg med en tidligere version af urindiagnostiske partikler og fundet, at de er sikre hos patienter.