无细胞生物传感器结合了癌症检测的精确性和简单性

佐治亚理工大学的研究人员开发了具有先进侦查技能的生物传感器，这项技术可能会彻底改变癌症的检测和监测。

当你需要用户名和密码登录时，小侦探可以根据计算机中“与”功能的启发，使用逻辑推理来识别关键的生物标志物。与传统的由遗传材料-细胞组成的生物传感器不同，DNA-细胞的片段是由人造分子制成的

这些新型生物传感器更精确，制造更简单，减少了假阳性的数量，使其更适合临床使用。而且由于传感器是无细胞的，因此免疫原性副作用的风险降低了

“我们认为，我们的生物传感器的准确性和简单性将带来可访问、个性化和有效的治疗，最终拯救生命，”华莱士·H·库尔特生物医学工程系副教授兼Robert A.Milton Endowed主席Gabe Kwong说，他领导了这项研究，该研究于本月发表在《自然纳米技术》上

打破传统

研究人员着手解决目前癌症生物传感器的局限性，比如为CAR-T细胞设计的传感器，以使其能够识别肿瘤细胞。这些先进的生物传感器由遗传物质制成，人们越来越有兴趣通过使用布尔“与门”计算机逻辑来降低脱靶毒性的可能性。这意味着它们仅在满足两个特定条件时才释放信号

邝说：“传统上，这些生物传感器涉及使用基于细胞的系统进行基因工程，这是一个复杂、耗时且昂贵的过程。”

因此，他的团队开发了由氧化铁纳米颗粒和称为环肽的特殊分子制成的生物传感器。Kwong表示，与基因工程相比，合成纳米材料和肽是一个更简单、成本更低的过程，“这意味着我们可能实现高精度生物传感器的大规模、经济生产。”。使用AND门逻辑，输出需要两个不同的输入

因此，研究人员设计了环状肽-小氨基酸链-只有当它们遇到两种特定类型的酶时才会产生反应，即称为颗粒酶B（由免疫系统分泌）和基质金属蛋白酶（来自癌症细胞）的蛋白酶。当两种蛋白酶都存在并处于活性时，肽会产生信号

想象一个需要两把唯一钥匙才能打开的高安全锁。在这种情况下，肽是锁，只有当癌症存在并面临免疫系统时才激活传感器信号

“我们的肽可以更准确地检测癌症活性，”该研究的主要作者、Kwong合成免疫实验室的博士后研究员Anirudh Sivakumar说。“它非常特异，这对于了解免疫细胞何时靶向并杀死肿瘤细胞很重要。”

超级特异性

在动物研究中，生物传感器成功区分了对一种称为免疫检查点阻断疗法-ICBT的常见癌症治疗有反应的肿瘤，该疗法可增强抵抗治疗的肿瘤的免疫系统

在这些测试中，传感器还证明了它们能够避免来自其他无关健康问题的错误信号，例如当免疫系统在远离肿瘤的肺部遇到流感感染时

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邝说：“这种程度的特异性可能会改变游戏规则。”。“想象一下，能够在治疗早期识别出哪些患者对治疗有反应。这将节省时间并改善患者的预后。”

朝着这种更简单、精确的癌症诊断方式迈出的第一步始于五年前，当时Kwong的实验室与化学与生物化学学院教授兼主席M.G.Finn的实验室合作

它演变成一个多机构项目，其中包括加州大学河滨分校的研究人员，以及佐治亚理工学院的研究员Finn和库尔特系副教授Peng Qiu

邝说：“这项研究的进展……一直到动物研究，都非常顺利。”。“最终，一项多学科的合作努力将我们的早期愿景变成了可能对医疗保健产生重大影响的东西。”