Новая мультимодальная диагностика позволяет обнаружить раковые клетки и точно определить местоположение опухоли

Большинство тестов, которые врачи используют для диагностики рака - такие как маммография, колоноскопия и компьютерная томография - основаны на визуализации. В последнее время исследователи также разработали молекулярную диагностику, которая позволяет обнаружить специфические молекулы, связанные с раком, которые циркулируют в биологических жидкостях, таких как кровь или моча.

Инженеры Массачусетского технологического института (МТИ) создали новую диагностическую наночастицу, которая сочетает в себе обе эти функции. Она может выявить наличие раковых белков с помощью анализа мочи и функционирует как агент визуализации, точно определяя местоположение опухоли. В принципе, эта диагностика может быть использована для обнаружения рака в любой части тела, включая опухоли, метастазировавшие из своих первоначальных мест.

В новом исследовании, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Materials, ученые показали, что диагностика может быть использована для мониторинга прогрессирования рака толстой кишки, включая распространение метастатических опухолей в легкие и печень. В конечном итоге, они надеются, что этот метод может быть использован в качестве обычного теста на рак, который можно будет проводить ежегодно.

Новый метод диагностики рака основан на создании синтетических биомаркеров, которые можно легко обнаружить в моче. Большинство раковых клеток вырабатывают ферменты, называемые протеазами, которые помогают им покинуть свои первоначальные места обитания, разрезая белки внеклеточного матрикса. Новые наночастицы, обнаруживающие рак, покрыты пептидами, которые расщепляются этими протеазами. Когда эти частицы сталкиваются с опухолью, пептиды расщепляются и выводятся с мочой, где их можно легко обнаружить. В животных моделях рака легких эти биомаркеры могли обнаружить наличие опухоли на ранней стадии, однако они не позволяли определить точное местоположение опухоли или то, распространилась ли опухоль за пределы своего органа.

Решая эту проблему, ученые МТИ решили разработать так называемую "мультимодальную" диагностику, которая может проводить как молекулярный скрининг (обнаружение сигнала в моче), так и визуализацию, чтобы точно определить, где находится исходная опухоль и любые метастазы.

Чтобы модифицировать частицы и использовать их для ПЭТ-визуализации, исследователи добавили в них радиоактивный трейсер медь-64. Они также покрыли их пептидом, который притягивается к кислой среде, такой как микросреда в опухолях, чтобы побудить частицы накапливаться в местах опухолей. Попадая в опухоль, эти пептиды встраиваются в клеточные мембраны, создавая сильный сигнал визуализации, превышающий фоновый шум.

Исследователи протестировали диагностические частицы на двух мышиных моделях метастатического рака толстой кишки, при котором опухолевые клетки перемещаются в печень или легкие и растут там. После лечения химиотерапевтическим препаратом исследователи смогли использовать как сигнал мочи, так и визуализирующий агент для отслеживания реакции опухолей на лечение.

Если этот вид диагностики будет одобрен для использования у людей, то он может быть полезен для оценки того, насколько хорошо пациенты реагируют на лечение, а также для долгосрочного мониторинга рецидивов опухоли или метастазов, особенно при раке толстой кишки.

Клинические испытания (фаза I) ранней версии диагностических частиц для анализа мочи были уже проведены, и методика была признана безопасной для пациентов.