癌症是美国和全世界死亡的主要原因之一。根据美国国家癌症研究所的数据，2012年全球有超过800万人死于癌症，美国有超过60万人可能在2018年死于这种疾病。

早期发现这种危及生命的疾病至关重要，医学科学家正在努力设计出更快，更有效的癌症诊断方法。

现在，新研究使用微型传感器来检测可能表明癌症的微小分子变化。

纽约锡拉丘兹大学艺术与科学学院物理学教授Liviu Movileanu与Syracuse物理学博士研究员Avinash Kumar Thakur详细介绍了这些纳米传感器在“ 自然生物技术 ”杂志上发表的论文中的作用。。

正如Movileanu教授所解释的那样，纳米传感器可能对检测淋巴细胞白血病特别有用，淋巴细胞白血病是一种从骨髓开始并扩散到血液中的癌症。

在美国，2018年可能发生近21,000例新的淋巴细胞白血病病例，结果可导致超过4,500人死亡。

 

纳米传感器如何工作

源自Movileanu教授实验室的纳米传感器可以检测所谓的蛋白质与蛋白质相互作用（PPI），即对细胞发育至关重要的过程。

所谓的相互作用组是指“可以在生物体中发生的蛋白质相互作用的完整图谱”。Interactomics - 或使用尖端技术和计算技术绘制interactome图谱 - 是生物物理学蓬勃发展的子领域，研究这些相互作用的后果。

PPI取决于多种因素，例如细胞类型，发育阶段和环境条件。一些PPI是稳定的，但其他PPI是短暂的。

 

例如，激活基因表达所需的相互作用或影响细胞信号传导和癌细胞发育的相互作用是短暂的，这意味着它们仅持续约一毫秒。

这些PPI的短暂性质使得它们难以用当前可用的方法检测。

 

然而，源自Movileanu教授实验室的纳米传感器通过在电池通过的细胞膜上形成一个小开口来绕过这个障碍。
 

当蛋白质通过这些小开口或纳米孔时，它们会改变电流的强度。这些变化揭示了每种蛋白质的特性和性质。
 

“从单一蛋白质样本中收集的数据是巨大的，”获得博士学位的Movileanu教授说。他是罗马尼亚布加勒斯特大学的实验物理专业，目前是锡拉丘兹物理系生物物理和生物材料研究小组的成员。

“我们的纳米结构使我们能够以敏感，特异和定量的方式观察生化事件，”研究人员继续说道。“之后，我们可以对单个蛋白质样本进行可靠的评估。”

“人类基因组的详细知识开辟了一个新的前沿，用于鉴定与其他蛋白质短暂物理结合的许多功能蛋白质，”研究人员继续说道。
 

“这些PPI强度的主要扰动导致疾病状况。由于这些相互作用的短暂性，需要新的方法来评估它们。”

物理学家还解释了他的纳米传感器的微调检测机制如何帮助对抗癌症。

“如果我们知道细胞的各个部分是如何起作用的，我们就可以弄清楚为什么细胞会偏离正常的功能而变成类似肿瘤的状态[...]我们的小传感器可能会为生物标记筛选，蛋白质分析和蛋白质的大规模研究[称为蛋白质组学]。“

Liviu Movileanu教授

Movileanu教授希望他的纳米传感器特别适用于检测淋巴细胞白血病，这是一种血细胞不会成熟并且正常死亡的病症，但是“在骨髓中积聚并挤出正常，健康的细胞”。