Att hitta sätt att diagnostisera cancer tidigare kan avsevärt förbättra chansen att överleva för många patienter. Ett sätt att göra detta är att leta efter specifika proteiner som utsöndras av cancerceller, som cirkulerar i blodomloppet. Dock, mängden av dessa biomarkörer är så låg att det har visat sig svårt att upptäcka dem.

En ny teknik som utvecklats vid MIT kan hjälpa till att göra detektering av biomarkörer mycket enklare. Forskarna, ledd av Sangeeta Bhatia, har utvecklat nanopartiklar som kan hysa en tumör och interagera med cancerproteiner för att producera tusentals biomarkörer, som sedan lätt kan upptäckas i patientens urin.

Detta biomarkörförstärkningssystem kan också användas för att övervaka sjukdomsprogression och spåra hur tumörer reagerar på behandling, säger Bhatia, John och Dorothy Wilson professor i hälsovetenskap och teknik och elektroteknik och datavetenskap vid MIT.

"Det finns en desperat sökning efter biomarkörer, för tidig upptäckt eller sjukdomsprognos, eller titta på hur kroppen reagerar på terapi, säger Bhatia, som också är medlem i MIT:s David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research. Hon tillägger att sökningen har varit komplicerad eftersom genomiska studier har avslöjat att många cancerformer, såsom bröstcancer, är faktiskt grupper av flera sjukdomar med olika genetiska signaturer.

MIT -teamet, som arbetar med forskare från Beth Israel Deaconess Medical Center, beskrev den nya tekniken i ett papper som visas i Naturbioteknik den 16 december. Huvudförfattare till tidningen är Gabriel Kwong, en postdoc vid MIT:s Institute for Medical Engineering and Science och Koch Institute.

Förstärkning av cancersignaler

Cancerceller producerar många proteiner som inte finns i friska celler. Dock, dessa proteiner är ofta så utspädda i blodomloppet att de är nästan omöjliga att identifiera. En ny studie från forskare vid Stanford University fann att även med hjälp av de bästa befintliga biomarkörerna för äggstockscancer, och den bästa tekniken för att upptäcka dem, en äggstockstumör skulle inte hittas förrän åtta till tio år efter att den bildades.

"Cellen gör biomarkörer, men den har begränsad produktionskapacitet, "Säger Bhatia." Det var då vi hade det här "aha" -momentet:Tänk om du kunde leverera något som kunde förstärka den signalen? "

Serendipitously, Bhatias laboratorium arbetade redan med nanopartiklar som kan användas för att upptäcka biomarkörer för cancer. Ursprungligen tänkt som avbildningsmedel för tumörer, partiklarna interagerar med enzymer som kallas proteaser, som klyver proteiner till mindre fragment.

Cancerceller producerar ofta stora mängder proteaser som kallas MMP. Dessa proteaser hjälper cancerceller att fly sina ursprungliga platser och sprider sig okontrollerbart genom att skära igenom proteiner från den extracellulära matrisen, som normalt håller cellerna på plats.

Forskarna belagde sina nanopartiklar med peptider (korta proteinfragment) riktade mot flera av MMP -proteaserna. De behandlade nanopartiklarna ackumuleras på tumörställen, tar sig igenom de läckande blodkärlen som vanligtvis omger tumörer. Där, proteaserna klyver hundratals peptider från nanopartiklarna, släpper ut dem i blodet.

Peptiderna ackumuleras snabbt i njurarna och utsöndras i urinen, där de kan detekteras med masspektrometri.

Detta nya system är ett spännande tillvägagångssätt för att övervinna problemet med brist på biomarkörer i kroppen, säger Sanjiv Gambhir, ordförande för Institutionen för radiologi vid Stanford University School of Medicine. "Istället för att vara beroende av kroppen för att naturligt kasta biomarkörer, du samplar webbplatsen av intresse och orsakar att biomarkörer som du konstruerade släpps, "säger Gambhir, som inte ingick i forskargruppen.

Särskilda signaturer

För att göra biomarköravläsningarna så exakta som möjligt, forskarna utformade sina partiklar för att uttrycka 10 olika peptider, var och en klyvs av en annan av de dussintals MMP -proteaser. Var och en av dessa peptider har en annan storlek, gör det möjligt att särskilja dem med masspektrometri. Detta bör göra det möjligt för forskare att identifiera distinkta signaturer associerade med olika typer av tumörer.

I den här studien, forskarna testade deras nanopartiklar förmåga att upptäcka de tidiga stadierna av kolorektal cancer hos möss, och för att övervaka utvecklingen av leverfibros.

Leverfibros är en ansamling av ärrbildning som svar på leverskada eller kronisk leversjukdom. Patienter med detta tillstånd måste regelbundet övervakas med biopsi, vilket är dyrt och invasivt, för att se till att de får rätt behandling. Hos möss, forskarna fann att nanopartiklarna kunde ge mycket snabbare feedback än biopsier.

De fann också att nanopartiklarna exakt kunde avslöja den tidiga bildningen av kolorektala tumörer. I pågående studier, laget studerar partiklarnas förmåga att mäta tumörrespons på kemoterapi och att upptäcka metastaser.

Forskningen finansierades av National Institutes of Health och Kathy and Curt Marble Cancer Research Fund.

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.