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纳米传感器可以确定肿瘤重塑组织的能力

导读麻省理工学院的研究人员设计了可以描绘肿瘤的纳米传感器,并可以深入了解它们对某些疗法的反应。该系统基于称为蛋白酶的酶水平,癌细胞使用

麻省理工学院的研究人员设计了可以描绘肿瘤的纳米传感器,并可以深入了解它们对某些疗法的反应。该系统基于称为蛋白酶的酶水平,癌细胞使用这些酶来重塑其周围环境。

一旦适应人类,这种类型的传感器可用于确定肿瘤的侵袭性,并帮助医生选择最佳治疗方法,Sangeeta Bhatia,John和Dorothy Wilson健康科学与技术和电气工程与计算机科学教授和麻省理工学院科赫综合癌症研究所成员。

“这种方法令人兴奋,因为人们正在开发蛋白酶激活的疗法,”Bhatia说。“理想情况下,您希望能够根据患者的蛋白酶活动对患者进行分层,并确定哪些患者可以成为这些疗法的良好候选者。”

一旦注入肿瘤部位,纳米传感器就会被对健康组织无害的磁场激活。在与靶肿瘤蛋白相互作用并被其修饰后,传感器分泌在尿液中,在那里它们可以在不到一小时内容易地被检测到。

Bhatia和Polina Anikeeva,1942年的材料科学与工程副教授,是该论文的高级作者,该论文刊登在Nano Letters期刊上。该论文的主要作者是科赫研究所博士后Simone Schurle和研究生Jaideep Dudani。

加热和释放

肿瘤,尤其是侵袭性肿瘤,通常具有升高的蛋白酶水平。这些酶通过切割构成细胞外基质的蛋白质来帮助肿瘤扩散,细胞外基质通常包围细胞并将其保持在原位。

2014年,Bhatia及其同事报告使用纳米粒子与一种称为基质金属蛋白酶(MMPs)的蛋白酶相互作用来诊断癌症。在该研究中,研究人员提供了携带多肽或短蛋白质片段的纳米粒子,这些肽被设计为被MMP切割。如果存在MMP,则数百种裂解的肽将在尿液中排出,在那里可以通过类似于妊娠试验的简单纸张检测来检测它们。

在这项新研究中,研究人员希望调整传感器,以便他们能够报告已知位置的肿瘤特征。为此,他们需要确保传感器仅产生来自目标器官的信号,不受可能在血流中产生的背景信号的影响。他们首先设计的传感器一旦到达目标就可以用光激活。然而,这需要使用紫外线,其不能很深地穿透组织。

“我们开始考虑可以使用哪种能量进一步渗透到体内,”Bhatia说,他也是麻省理工学院医学工程与科学研究所的成员。

为了实现这一目标,Bhatia与Anikeeva合作,Anikeeva专门使用磁场远程激活材料。研究人员决定将Bhatia的蛋白酶感应纳米粒子与磁性粒子一起封装,这些粒子在暴露于交变磁场时会升温。该场由一个小的磁线圈产生,每秒改变极性约五十万次。

当磁性颗粒加热时,包封颗粒的热敏材料分解,允许蛋白酶传感器被释放。然而,颗粒不会产生足够的热量来破坏附近的组织。

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