Исследователи из Массачусетского технологического института разработали двухэтапный метод диагностики злокачественных опухолей. Они использовали наночастицы, которые модифицируются протеазами рака и в таком измененном виде диагностируются в моче. В cлучае необходимости, на втором этапе проводят позитронно-эмиссионную томографию, которая определяет накопление в опухоли изотопа меди, прикрепленного к тем же наночастицам.

Метод, описанный в Nature Materials, позволяет диагностировать рак уже через несколько недель после его возникновения.

Если злокачественную опухоль находят на ранней стадии, то обычно у больного больше шансов на выздоровление, поэтому исследователи стремятся разработать новые методы диагностики рака. При этом чем быстрее и легче такой метод диагностики, тем больше вероятность, что он станет использоваться в скрининге. Уже писали, что ученые из Великобритании и США испытали способ определения рака по анализу мочи. Они сконструировали наночастицы из золота, белка и пептидных связей, которые распознаются белками рака и разрезаются ими. Измененные наночастицы затем попадают в мочу и окрашивают ее в синий цвет.

Ученые из Массачусетского технологического института под руководством Сангиты Бхатия (Sangeeta Bhatia) также разработали систему, использующую наночастицы, чтобы диагностировать рак.

В основе метода лежат особенности патологии злокачественных опухолей: клетки рака обычно используют протеазы — ферменты, которые позволяют им разрезать внеклеточный матрикс и распространятся в организме. Исследователи создали наночастицы, покрытые белками, которые являются мишенью для протеаз. Такие наночастицы вводили больным животным, протеазы разрезали белки на их поверхности, и модифицированные наночастицы попадали в мочу, где их наличие определяли методами иммуноферментного анализа.

Разработанный способ диагностики злокачественных опухолей позволил обнаружить рак легких у мышей уже через пять недель после его возникновения.

После успеха первого этапа исследования ученые поставили себе новую задачу — понять, где именно в организме мышей располагается опухоль.

Для этого они добавили к разработанным наночастицам белок (pHLIP), который притягивается к тканям с кислой средой. Наночастицы группируются вокруг опухолей, так как клетки рака делают среду вокруг себя кислой. К наночастицам также добавили изотоп меди 64Cu, который можно определить позитронно-эмиссионной томографией.

Исследователи протестировали свой метод диагностики на мышах с раком легких и печени и смогли проследить, как меняется сигнал от изотопа во время лечения. Весь эксперимент занял меньше месяца: через неделю после возникновения опухоли анализ мочи уже показал ее наличие, мышам тут же начали лечение 5-фторурацилом, а через две недели (3 недели в случае рака печени) по результатам позитронно-эмиссионной томографии состояние животных значительно улучшилось.

Визуализация опухоли с помощью ПЭТ / Hao et al / Nature Materials, 2021

Такой метод диагностики может быть полезным для скрининговых исследований. На первом этапе по анализу мочи врачи определят, болеет ли человек раком, а на втором этапе, если тест выявит опухоль, можно сразу применить позитронно-эмиссионную томографию, чтобы узнать ее положение. Это позволит диагностировать злокачественные образования на ранних стадиях, и приступать к незамедлительному лечению.