新癌症诊断工具通过尿液颜色变化来检测肿瘤

　　帝国理工学院和麻省理工学院的工程师开发了一种简单而敏感的尿液测试，通过尿液的颜色变化来检测小鼠体内肿瘤的生长。

　　在早期阶段检测癌症的工具可以提高患者的生存率和生活质量。然而，癌症筛查方法往往需要昂贵的设备以及到诊所才可以进行，这在医疗基础设施很少的农村或发展中国家可能是不可行的。因此，新兴的即时诊断领域正致力于开发更便宜、更快速、更易于使用的测试。

　　发表在Nature Nanotechnology上的一篇文章已经开发了一种简单快速有效的工具，当结肠癌出现时可以改变小鼠尿液的颜色。

　　由帝国理工学院的Molly Stevens教授和麻省理工学院的Sangeeta Bhatia教授领导的团队开发的早期技术是将纳米传感器注入小鼠体内，这些纳米传感器被肿瘤释放的酶(称为蛋白酶)切断。当纳米传感器被蛋白酶破坏时，它们会穿过肾脏，在尿液检测后可以用肉眼看到，产生蓝色变化。

　　研究人员将这项技术应用于患有结肠癌的小鼠，并发现相对于取自健康小鼠的测试样本，来自荷瘤小鼠的尿液变为亮蓝色。

　　Stevens教授说：“通过利用产生颜色变化的化学反应，可以在不需要昂贵且难以使用的实验室仪器的情况下进行该测试。简单的读数可能会被智能手机拍摄，并传输给远程护理人员，以便将患者与治疗联系起来。”

　　感应信号

　　当肿瘤生长和扩散时，它们通常会产生生物信号，称为生物标记物，临床医生用它来检测和跟踪疾病。然而，并非所有生物标志物在肿瘤生长中都发挥积极作用，并且大多数生物标志物以如此少的量存在以至于它们可能难以找到。

　　被称为基质金属蛋白酶(MMPs)的一类肿瘤蛋白作为潜在的生物标志物已引起关注，因为这些酶通过咀嚼通常使细胞保持在适当位置的组织支架来帮助促进肿瘤的生长和扩散。

　　许多癌症类型，包括结肠肿瘤，产生高水平的几种MMP酶，包括一种称为MMP9。

　　在这项研究中，Imperial-MIT团队开发了纳米传感器，其中超小金纳米团簇(AuNCs)通过MMP9s断裂的链接连接到蛋白质载体上。

　　为了开发变色尿液测试，研究人员使用了两种AuNC特性——它们具有非常小的尺寸(<2纳米)，以及当用化学底物和过氧化氢处理时它们能够引起蓝色变化的能力。

　　研究人员将AuNC蛋白复合物设计成在肿瘤微环境或血液中被MMPs切割后进行分解。当分开时，释放的AuNCs通过血液传播并且足够小以通过肾脏过滤到尿液中。

　　在没有高MMP水平的健康小鼠中，复合物保持完整，并且太大而不能进入尿液。如果AuNCs已经浓缩在尿液中，化学测试将产生肉眼可见的蓝色变化。

　　在这项研究中，研究人员开发出了由特定MMP切割的传感器，并在小鼠中进行了测试。研究人员证明，在对28只注射传感器的小鼠进行的研究中，他们的颜色变化测试可以准确地检测哪些尿样来自患有结肠肿瘤的小鼠，其中14只小鼠是健康的，14只是有肿瘤的。

　　在化学处理的半小时内，只有患有结肠肿瘤的小鼠的尿液具有强烈的蓝色。相反，来自健康对照小鼠的尿液没有表现出颜色变化。

　　该团队还设计AuNC表面被免疫系统“看不见”以防止免疫反应或毒副作用，并防止大量血清蛋白粘附在它们上，这会使纳米传感器太大而无法被肾脏过滤。

　　在纳米传感器给药后的4周随访中，小鼠没有出现副作用的迹象，也没有证据表明蛋白质传感器复合物或游离的Aunc残留在小鼠体内。

　　帝国材料部的共同第一作者Colleen Loynachan博士说：“AuNCs类似于临床上用于肿瘤成像的材料，但在这里我们利用它们独特的特性为我们提供有关疾病的更多信息。然而，在技术超越实验室之前，还需要进行大量的优化和测试。”

　　可访问的诊断

　　接下来，该团队将通过在其他动物模型中测试传感器来提高传感器的特异性和灵敏度，以研究诊断的准确性和安全性。

　　“蛋白酶在癌症、传染病、炎症和血栓形成等多种疾病中发挥作用，”哈佛大学和麻省理工学院的共同第一作者Ava Soleimany说。 “通过设计可以通过不同蛋白酶切割的传感器版本，我们可以应用这种基于颜色的测试来检测多种条件。”

　　研究人员正在开发一种更易于管理的配方，并确定使传感器对多种生物标志物有反应的方法，以区分癌症和其他疾病。