帝国理工学院和麻省理工学院的工程师们开发了一种简单而敏感的尿液测试，通过尿液改变的颜色来发现老鼠体内正在生长的肿瘤。
早期检测癌症的工具可以提高患者的存活率和生活质量。然而，癌症筛查方法往往需要昂贵的设备和前往诊所的旅程，这在缺乏医疗基础设施的农村或发展中地区可能不可行。
因此，新兴的医疗诊断领域正在致力于更便宜、更快、更容易使用的测试。一对国际工程实验室正在支持这种方法，并开发了一种工具，当结肠癌(也称为肠癌)出现时，可以改变老鼠尿液的颜色。
研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上。
帝国理工大学的莫莉·斯蒂文斯教授和麻省理工学院的桑吉塔·巴蒂亚教授领导的研究小组开发了这项早期技术，他们将纳米传感器注射到老鼠体内，老鼠体内被一种叫做蛋白酶的肿瘤释放的酶切断。
当这些纳米感受器被蛋白酶分解时，它们就会穿过肾脏，经过尿液检测后，肉眼就能看到这些纳米感受器产生的蓝色变化。
研究人员将这项技术应用到患有结肠癌的老鼠身上，发现与从健康老鼠身上提取的样本相比，携带肿瘤的老鼠的尿液变成了明亮的蓝色。
帝国理工学院材料和生物工程系的斯蒂文斯教授说:“通过利用这种化学反应产生的颜色变化，这项测试可以在不需要昂贵且难以使用的实验室仪器的情况下进行。”
“这个简单的读数可能会被智能手机的图片捕捉到，并传输给远程护理人员，将患者与治疗联系起来。”
传感信号
当肿瘤生长和扩散时，它们常常产生生物信号，即临床医生用来检测和跟踪疾病的生物标志物。
一种被称为基质金属蛋白酶(MMPs)的肿瘤酶家族通过“咀嚼”组织支架来促进肿瘤的生长和扩散，而组织支架通常是用来固定细胞的。
许多癌症类型，包括结肠肿瘤，产生多种MMP酶的高水平，包括一种称为MMP9的酶。
在这项研究中，帝国理工学院的研究小组开发了一种纳米传感器，在这种传感器中，超小型金纳米团簇(aunc)通过被mmp9打断的连接物连接到一种叫做神经曲霉素的蛋白质载体上
为了开发变色尿液测试，研究人员使用了两种AuNC特性——它们非常小(小于2纳米)，以及它们在化学基质和过氧化氢处理下引起蓝色变化的能力。
研究人员设计了aunc蛋白复合物，使其在肿瘤环境或血液中被基质金属蛋白酶切割后可以分解。当被分解时，释放的aunc通过血液到达肾脏，肾脏足够小，可以过滤进入尿液。
在没有高MMP水平的健康小鼠中，复合物保持完整，并且太大而不能进入尿液。如果aunc被浓缩在尿液中，化学测试将产生肉眼可见的蓝色变化。
在这项研究中，研究人员开发了一种可以被特定基质金属蛋白酶切割的传感器，并在老鼠身上进行了测试。研究人员对28只注射了传感器的老鼠进行了研究，其中14只老鼠是健康的，14只老鼠患有结肠肿瘤。
在接受化学治疗的半小时内，只有患有结肠肿瘤的老鼠的尿液呈现出强烈的蓝色。相比之下，健康对照组小鼠的尿液没有颜色变化。
研究小组还设计了AuNC表面可以被免疫系统“看不见”，以防止免疫反应或有毒副作用，并防止大量血清蛋白粘附在它们上面，这将使纳米传感器过大，无法被肾脏过滤。
在纳米传感器给药后的四周随访中，小鼠没有出现副作用的迹象，也没有证据表明蛋白质传感器复合物或游离aunc在小鼠体内残留。
帝国理工学院材料系的科琳·洛伊纳坎博士是该研究报告的第一作者之一。她说:“这些aunc与临床用于肿瘤成像的材料类似，但我们正在利用它们独特的特性，为我们提供更多有关疾病的信息。”然而，在这项技术走出实验室之前，还需要进行大量的优化和测试。”
可诊断
接下来，研究小组将通过在更多的动物模型中测试传感器，来提高它们的特异性和敏感性，以研究诊断的准确性和安全性。
麻省理工学院的第一作者之一Ava Soleimany说:“蛋白酶在癌症和传染病等疾病中发挥着功能。通过设计可以被不同蛋白酶切割的传感器，我们可以应用这种基于颜色的测试来检测多种情况。”
研究人员目前正在研究一种更容易使用的配方，并寻找使传感器对多种生物标志物做出反应的方法，以便区分癌症和其他疾病。
