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新技术可以检测微小的卵巢肿瘤

发表于 2017-11-06

研究人员现在已经开发了一种揭示卵巢肿瘤的高度敏感的方法。在小鼠的测试中,他们能够检测直径小于2毫米的肿瘤。新的测试使用“合成生物标志物” - 与肿瘤蛋白相互作用的纳米颗粒,可以在患者的尿液样本中检测到。

大多数卵巢癌在这样的晚期被诊断出患者的存活率很差。但是,如果早期发现癌症,五年生存率可能会超过90%。

现在,麻省理工学院的工程师已经开发出了一种更为敏感的方式来显示卵巢肿瘤:在小鼠的测试中,他们能够检测到由直径小于2毫米的结节组成的肿瘤。研究人员说,在人体内,这可能会比现有的血液检测提前五个月转化为肿瘤检测。

新的测试使用“合成生物标志物” - 与肿瘤蛋白相互作用的纳米颗粒释放可以在患者的尿样中检测到的片段。这种测试可以比病人血液中极少量的天然生物标志物产生更清晰的信号。

Sangeeta Bhatia说:“我们在本文中所做的工作就是设计我们的传感器,比以前的版本要好15倍,然后将其与卵巢癌小鼠模型中的血液生物标志物进行比较,以显示我们可以击败它。约翰和多萝西·威尔逊健康科学与技术和电气工程与计算机科学教授,麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程和科学研究所的成员,该研究的资深作者。

这种方法也可以适应与其他癌症的工作。这篇论文出现在4月10日出版的“ 自然 - 生物医学工程”(Nature Biomedical Engineering)上,研究人员表示他们可以检测转移到肝脏的结直肠肿瘤。

这篇论文的主要作者是博士后权克思和研究生贾迪普杜达尼。

免疫治疗

合成生物标志物

Bhatia首先报道了2012年用合成生物标志物诊断癌症的策略。该方法测量蛋白切割酶的活性,称为内切蛋白酶,由肿瘤制成,以帮助招募血管并侵入周围组织,从而使癌症生长和扩散。

为了检测这种酶,研究人员设计了纳米粒子,这种纳米粒子被称为多肽的小蛋白质片段包裹,可以被称为MMPs的特殊蛋白酶切割。被注入小鼠后,这些颗粒被动地收集在肿瘤部位。基质金属蛋白酶切割肽释放微小的记者片段,然后由肾过滤出来,并集中在尿液中,在那里他们可以使用各种方法,包括简单的纸张测试方法检测。

在2015年发表的一篇论文中,研究人员创建了该系统的数学模型,以了解几个因素,如颗粒在体内循环的方式,它们如何有效地遇到蛋白酶,以及蛋白酶切割肽的速度。该模型显示,为了检测人类直径5毫米或更小的肿瘤,研究人员需要将系统的灵敏度提高至少一个数量级。

在目前的研究中,研究人员使用了两种新策略来提高探测器的灵敏度。第一个是优化将肽系到纳米颗粒上的聚合物的长度。由于尚未完全理解的原因,当系链是特定长度时,特定的蛋白酶以更高的速率切割肽。这种优化也减少了非目标酶的背景切割量。

其次,研究人员向纳米颗粒中添加了一种被称为肿瘤穿透肽的靶向分子,这导致它们在肿瘤中积聚更多数量,并导致最终分泌到尿液中的切割肽的数量增加。

通过结合这两种改进,研究人员能够将传感器的灵敏度提高15倍,他们发现,这种方法足以检测由小肿瘤(直径2毫米)组成的卵巢癌小鼠。他们还在肝脏中测试了这种方法,他们在那里能够检测到起源于结肠的肿瘤。在人类中,结肠癌常常扩散到肝脏并形成难以检测的小肿瘤,类似于卵巢肿瘤。

早期诊断

目前,医生可以寻找由卵巢肿瘤产生的血液生物标志物,但是这些标志物不会以足够高的浓度积累,直到肿瘤直径约1厘米,形成后约8至10年。另一种诊断工具,超声成像,也限于1厘米直径或更大的卵巢肿瘤。

5个月前,麻省理工学院的研究人员认为他们的新技术能够做到的,能够检测出肿瘤,这对一些患者来说可能会有很大的不同。

在本文中,研究人员还表示,他们可以在不同癌症患者的多种肿瘤细胞微阵列中检测疾病蛋白酶。这个策略最终可以帮助研究人员确定哪些肽用于不同类型的癌症,甚至是个别患者。

巴蒂亚说:“每个病人的肿瘤是不同的,并不是每一个肿瘤都可以用同一个分子来瞄准。“这是一个有助于我们利用技术的模块化和个性化配方的工具。”

研究人员现在正在进一步研究在其他癌症(包括前列腺癌)上使用这种方法的可能性,Bhatia说,它可以用来区分更具侵袭性的肿瘤与那些生长缓慢的肿瘤。

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