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膀胱癌是一种常见且复杂的疾病。虽然治疗往往能够取得较好效果,但膀胱癌也是复发率最高的癌症之一:在接受治疗后的五年内,约50%的患者会再次长出肿瘤。这也使膀胱癌成为社会治疗成本最高的癌症之一。
在一项新发表于《自然·纳米技术》的研究中,一个研究团队开发出了一种定期监测这类患者的新方法,有望更早发现重新生长的肿瘤。研究团队利用一种表面涂有特殊纳米传感器的导管,成功检测到了膀胱癌细胞产生的某种蛋白质,即使其含量极低;同时,他们还可以对这种蛋白质在组织中的位置进行成像。
把传感器放进膀胱
这种新的检测方法基于碳纳米管。碳纳米管是由碳构成的中空圆柱体,厚度处于纳米尺度;当受到激光照射时,它们会自然发出荧光。研究人员此前已经证明,可以通过在碳纳米管表面涂上“合成抗体”,将其定制成能够感知不同分子的传感器。这些“合成抗体”是一类聚合物,可以被设计成与特定目标发生相互作用。
当目标分析物存在时,它们与合成抗体之间的相互作用,会使碳纳米管发出的荧光发生变化,例如波长发生偏移,或荧光强度发生改变。研究人员表示,聚合物化学的美妙之处在于,他们只要理解目标生物标志物的分子结构,以及结合位点的设计原则,就能开发出针对不同疾病的新型传感器。
这次,研究人员设计了一种专门用于检测核基质蛋白22(NMP-22)的传感器。NMP-22是一种蛋白质,可作为检测膀胱癌的一种生物标志物。虽然这种蛋白质可以在尿液样本中被检测到,但它在被分泌出来之后,往往会被显著稀释、降解并被清除。这意味着,只有当肿瘤发展到较晚阶段时,才更容易被检测出来。
为了实现更早检测,研究团队希望将传感器直接放置到膀胱内部。如此一来,传感器就能在肿瘤附近检测到局部浓度更高的NMP-22。
他们设计了一个由一根导尿管组成的装置,导尿管表面涂了能够感知NMP-22的纳米管。此外,导管尖端内部还装有一个被称为球透镜的微小装置。这个球透镜可以360度旋转,一边发射激光,一边接收纳米传感器发出的荧光。通过分析这些荧光信号的颜色和位置,研究人员就能绘制出被检测到的生物标志物的位置图。这些化学图像不仅能够显示生物标志物是否存在,还能显示癌细胞所在的位置。
在动物实验中,研究人员在动物膀胱中进行的测试显示,这种检测方法的灵敏度可以达到传统尿液分析的180倍。这是因为它可以直接在膀胱内、生物标志物产生的位置进行检测,而不是等这些标志物进入尿液等稀释液体后,再去测量其含量。到了尿液中,这些标志物的浓度通常已经低得多。研究人员表示,如此高的灵敏度将使传感器,甚至能检测到面积仅为16平方毫米的肿瘤所释放的信号。
更多疾病检测
目前,研究团队正在设计一种更加小型的原型成像系统,以便未来能更方便地在医生诊室中使用。他们还希望将这些传感器整合进一种称为膀胱镜的导管中。膀胱镜带有摄像头,常用于观察膀胱内壁上的肿瘤。
目前,接受过膀胱癌治疗的患者通常需要每年接受一次膀胱镜检查;有时,为了监测癌症是否复发,检查频率甚至更高。研究人员表示,新开发的这种诊断方法,有望比膀胱镜更早发现复发肿瘤,使治疗变得更容易,同时降低治疗和监测成本。
通过更换导管上搭载的纳米传感器,这种方法未来还可以与内窥镜技术结合,用于检测其他类型的癌症,或其他疾病,例如心血管疾病和胃肠道疾病。
可以想象,如果这些传感器被整合到导管上,它们就可能揭示出现有内窥镜检查无法捕捉到的、看不见的生物标志物,从而为未来检测更多疾病打开新的可能性。
#参考来源:
https://news.mit.edu/2026/new-sensor-could-enable-earlier-detection-bladder-cancer-0528
https://www.nature.com/articles/s41565-026-02172-7
#图片来源:
封面图&首图:Europeana / Unsplash
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