高通量纳米传感器精准检测胰腺癌，提升早期诊断能力。

 

胰腺导管腺癌（PDAC）是癌症相关死亡的主要原因之一 ，但它缺乏有效的早期发现方法，并且在晚期发现疾病时治疗选择有限。而蛋白酶的产生作为癌症进展的标志，其中的循环蛋白酶活性有助于某些癌症的诊断。2月12日，俄勒冈健康与科学大学癌症早期检测高级研究中心的研究者们在《科学·转化医学》发表研究文章，他们开发了一种简单的血液检测方法，可以在胰腺癌扩散到身体其他部位之前检测出胰腺癌。

 

创新性：相较于传统血清标志物，利用蛋白酶活性检测的放大具有更高的检测灵敏度及特异性，能够有效区分PDAC、胰腺良性病变和健康个体。新研究提出的克服了目前PDAC早期诊断手段不足的问题，为高风险人群的筛查和疾病监测提供了全新工具。

 

局限性：该研究未能实现即时检测，仍处于实验室环境的概念验证；虽然该方法可有效区分PDAC与良性胰腺疾病，但是否适用于其他癌种（如胃癌、结直肠癌等）仍需进一步研究；虽然本研究进行了356例样本的验证，但仍需在更大规模的前瞻性临床试验中评估其稳定性、适用性及对不同人群的泛化能力。

 

临床转化潜力：该方法适用于高危人群的胰腺癌早期筛查，具有无创检测优势；所提出的PAC-MANN与CA19-9联合使用能够提高I期PDAC的检测率至85%，能够显著增强其临床应用价值；该方法未来能够实现快速、低成本的床旁检测。

 

本研究提出的创新性的蛋白酶活性纳米传感器方法，显著提升了胰腺癌的早期检测能力，具有较高的技术重要性和临床转化价值。但要真正实现广泛应用，仍需优化设备、扩大临床验证，并推动便携化检测方案的开发。

 

大多数胰腺癌始于分泌用于消化食物的酶的导管。但这种形式的癌症通常不会引起可识别的症状，并且在转移和扩散之前无法检测到，因此难以治疗。2022 年，全球约有 467,000 人死于这种疾病。“开发早期检测胰腺癌的新方法的需求很大。”该研究的合著者、波特兰俄勒冈健康与科学大学 （OHSU） 的分子生物学家 Jared Fischer 说。

 

“这是一个非常实用、真正可转化的解决方案”，它建立在该领域的许多进步之上，瑞士苏黎世瑞士联邦理工学院 （ETH） 的生物医学工程师 Simone Schürle-Finke 说。

 

Fischer 和他的同事专注于检测称为蛋白酶的酶，这种酶分解蛋白质并在肿瘤中活跃，甚至从非常早期的阶段开始。他们专门研究了参与咀嚼胶原蛋白和细胞外基质的基质金属蛋白酶的活性，这有助于肿瘤侵入身体。

 

为了检测血液中这些蛋白酶的存在，研究人员开发了一种基于血清蛋白酶活性的 PDAC 无创检测测定法，以利用 PDAC 患者外周血中癌症相关蛋白酶活性的增加。基于此他们开发了一种称为PAC-MANN的快速磁性纳米传感器测定法。其中的纳米传感器包含一个磁性纳米颗粒，该颗粒连接到一个吸引基质金属蛋白酶和荧光分子的小肽上。然后，他们将数百万个纳米传感器放入一个微小的血液样本中。如果存在基质金属蛋白酶并且具有活性，它们会切碎纳米传感器中的肽，释放荧光分子。最后，研究人员使用磁铁吸出所有未切碎的纳米传感器，并测量还剩下多少切碎的荧光颗粒。血液中存在的活性蛋白酶越多，样品就越亮。

 

图1 CCP探针在PDAC患者和对照组中的斯皮尔曼相关性分析，以及ROC曲线对比不同探针或组合探针在PDAC检测中的敏感性和特异性

 

研究人员在 356 人的冷冻血液样本上测试了纳米传感器，其中一些患有胰腺癌，一些患有非癌性胰腺疾病和健康对照。纳米传感器在 98% 的情况下正确识别了健康个体，并以 73% 的准确率识别了胰腺癌患者。它总是区分癌症患者和其他胰腺疾病患者。

 

鉴于蛋白酶对许多身体功能都很重要，Schürle-Finke 没想到纳米传感器能在血液中识别出如此清晰的肿瘤信号。“看到这一点，我真的很惊讶，”她说。在医生可以使用传感器之前，需要将 73% 的灵敏度提高，但总的来说，这是“一个非常有希望、非常令人印象深刻的结果”。

图2 用于临床转化的 PAC-MANN纳米传感器开发

 

研究人员表示，纳米传感器的成本低（每次测试约 0.01 美元）意味着它可以在农村或资源匮乏的环境中使用。在更多血液样本上测试了纳米传感器后，Fischer 希望启动临床试验。

 

OHSU 的合著者兼生物医学工程师 Jose Montoya Mira 表示，该团队还将该方法应用于其他形式的癌症，例如胃肠道癌症，并获得了令人鼓舞的初步数据。

 

文章链接：

 

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adq3110

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关键词： 高通量纳米传感器